Ligo ha davvero "visto" le onde gravitazionali?



Se i ricercatori sono riusciti realmente a osservare le increspature nel tessuto dello spazio-tempo, sarà l'ennesima dimostrazione nell'arco di un secolo della teoria della relatività generale di Einstein

La visualizzazione di onde gravitazionali. Illustrazione NASA, Ames Research Center

Gli astrofisici avrebbero finalmente rilevato onde gravitazionali, onde d'urto che attraversano lo spazio-tempo. Il primo a teorizzare la loro esistenza fu, un secolo fa, Albert Einstein, e l'essere riusciti finalmente a osservarle direttamente costituirebbe un ulteriore successo per il suo capolavoro, ovvero la teoria della relatività generale.

Oggi giovedì 11 febbraio scopriremo se Einstein aveva ragione ancora una volta. Alle 16.30 ora italiana, i ricercatori di Caltech, MIT e del LIGO Scientific Collaboration (LSC) terranno una conferenza stampa nella quale con ogni probabilità annunceranno di essere riusciti a osservare - grazie al Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) - le increspature nel tessuto dello spazio-tempo prodotte da due buchi neri in collisione.

Einstein non è sempre stato considerato, come oggi, il genio per antonomasia. Quando per la prima volta presentò la sua rivoluzionaria teoria, molti scienziati insorsero, e altri lo diffamarono sulla stampa, attaccandolo sia per le sue 'pericolose' idee che per l'origine ebraica.

I suoi studi scossero il mondo della fisica dalle fondamenta. L'universo di Einstein sembra farsi beffe delle nozioni di posizione e velocità, fatta eccezione per la luce, che viaggia sempre attraverso il vuoto a 300.000 chilometri al secondo. Spazio e tempo sono rimescolati in una marmellata tetradimensionale chiamata spazio-tempo che la materia può stirare e deformare. E la materia in movimento deve seguire le curve spaziotemporali, una geometria segreta che noi conosciamo come gravità.

Possono sembrare assurdità, ma da 100 anni a questa parte gli esperimenti lo hanno dimostrato più e più volte: Einstein aveva ragione.

La luce è un'onda e una particella

Einstein è conosciuto soprattutto per la sua teoria della relatività, ma ha vinto il premio Nobel per il suo rivoluzionario lavoro sulla luce. La fisica classica considerava la luce un'onda, ma ciò non spiegava come e perché i metalli emettano elettroni quando illuminati: un fenomeno noto come effetto fotoelettrico.

Einstein spiegò il fenomeno affermando che la luce era in realtà composta da pacchetti d'onda detti fotoni, ognuno con una sua frequenza di vibrazione e una sua lunghezza d'onda. Una scoperta che spalancò le porte alla fisica quantistica.

Lo spaziotempo si può piegare

La prima conferma sperimentale della teoria della relatività generale di Einstein arrivò con la spiegazione di una misteriosa oscillazione nell'orbita del pianeta Mercurio (la cosiddetta precessione del perielio di Mercurio). Nel 1859, il grande astronomo francese Urbain Le Verrier aveva addebitato l'effetto all'attrazione di un pianeta non osservato, battezzato "Vulcano". Ma anni di ricerche non erano riusciti a fornire nessuna prova credibile della sua esistenza.

Invece, la teoria di Einstein dimostrò che la massa del Sole curva vicino allo spazio-tempo, un po' come una palla da bowling che passa su una buca trasformandola in un trampolino. Data la vicinanza di Mercurio al Sole, la sua orbita oscillante è il tragitto più breve attraverso lo spazio-tempo curvato dalla massa della stella.

Lo spazio-tempo può agire come una lente

La teoria di Einstein venne dimostrata nuovamente nel maggio del 1919, durante un'eclissi totale di Sole. Secondo la teoria, lo spazio-tempo curvato dalla massa del Sole avrebbe piegato come una lente la luce delle stelle.

Questa prima osservazione del fenomeno della deflessione della luce venne effettuata dall'astronomo inglese Arthur Eddington. Lo studioso scattò grandi immagini dell'eclisse grazie alle quali riuscì a vedere il mutamento nella posizione delle stelle dell'ammasso delle Iadi quando si trovavano a passare in prossimità del Sole sulla sfera celeste.

Nemmeno Einstein però fu in grado di prevedere quanto il fenomeno avrebbe contribuito ai progressi in campo astronomico: "usando" le galassie stesse come lenti gigantesche, gli studiosi sono in grado di "vedere" nel passato, all'alba stessa dell'universo. E quando la distorsione sembra causata da masse apparentemente invisibili, ciò consente loro di mappare vaste regioni di materia oscura.

Cucchiai nella marmellata

Non solo la materia distorce lo spazio-tempo, ma masse in rotazione come la Terra possono "trascinarlo" attorno a loro come un cucchiaio in un mestolo di marmellata. Ciò influenza l'orbita dei pianeti: si tratta del cosiddetto effetto di trascinamento o frame-dragging.

Teorizzato nel 1918 con la relatività generale, l'effetto di trascinamento è stato osservato solo nel 2004, quando i ricercatori hanno scoperto che la rotazione terrestre influenzava leggermente l'orbita di due satelliti. Nel 2011, la sonda Gravity Probe B della NASA ha confermato definitivamente l'effetto.

La gravità rallenta il tempo

L'equazione di Einstein conferisce alla materia anche la capacità di accellerare o rallentare il tempo, e di cambiare il colore della luce.

Sappiamo che ciò è vero perché, dalla prospettiva terrestre, la luce che arriva da stelle lontane ha frequenze più elevate (o sembra più azzurra) di quanto apparirebbe a un osservatore nello spazio profondo. E più ci si allontana dalla gravità terrestre, più la luce che arriva dalla Terra sembra viaggiare su frequenze inferiori: un fenomeno noto come spostamento verso il rosso gravitazionale.

Può sembrare poca cosa, ma ignorare la relatività potrebbe essere pericoloso per il nostro smartphone: senza le correzioni relativistiche, gli orologi sui satelliti GPS andrebbero ogni giorni più avanti di 38 microsecondi rispetto a quelli sulla superficie terrestre, minandone l'accuratezza dopo solo due minuti e aggiungendo poi un errore di dieci chilometri al giorno.

http://www.nationalgeographic.it/

Mondo Tempo Reale

About Sandu Trica

Mondo Tempo Reale è il blog che dal 2010 vi racconta le notizie più incredibili, strane, curiose e divertenti: fatti imbarazzanti, ladri imbranati, prodotti assurdi, ricerche scientifiche decisamente insolite.
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