Cento anni fa, il 22 giugno 1916, Einstein inviava per la pubblicazione un articolo di poche pagine in cui prevedeva l’esistenza delle onde gravitazionali. Era una conseguenza delle sue celebri Equazioni di Campo presentate qualche mese prima, nel mese di novembre 1915, all’Accademia Prussiana di Berlino. L’articolo veniva pubblicato il 29 giugno. Il titolo non era molto affascinante. La previsione delle Onde Gravitazionali era invece straordinaria.

Pochi mesi fa, l’undici febbraio, la pubblicazione della rilevazione sperimentale delle onde gravitazionali è stata giustamente al centro dell’attenzione di tutti i media per parecchi giorni. A cento anni dalla previsione e dopo tanti tentativi, gli scienziati della collaborazione tra LIGO, ovvero i due grandi rivelatori negli Stati Uniti e VIRGO, il grande rivelatore di Cascina vicino Pisa, hanno trovato nella enorme mole di dati raccolti il segnale cercato. Due buchi neri, ruotando velocemente l’uno intorno all’altro e fondendosi avevano generato, circa un miliardo di anni fa, una intensa emissione di onde gravitazionali, che i due rivelatori negli Stati Uniti hanno registrato. Il nostro VIRGO alla data era spento per manutenzione e per essere potenziato. La scoperta è comunque accreditata alla cosiddetta Collaborazione tra gli scienziati di Stati Uniti e Italia. Anche qui il titolo non è molto affascinante, ma evidenzia la “Collaborazione Ligo e Virgo”:

Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole MergerP.

Abbott et al.*(LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)

(Received 21 January 2016; published 11 February 2016)

Ecco una delle figure dell’articolo citato che mostra questa breve oscillazione originata dai due buchi neri che si fondono. In meno di mezzo secondo due buchi neri della dimensione di circa 30 volte la massa del Sole, ruotano vorticosamente l’uno intorno all’altro, con una velocità sempre più grande fino a fondersi in un unico buco nero.

 

E se le volete “sentire” il suono di questo abbraccio mortale cliccate questo link:

https://www.youtube.com/watch?v=WzPVaU11CCY

 

 

 

Credo che la ricorrenza della pubblicazione di Einstein, esattamente cento anni fa, possa essere l’occasione per rivedere il percorso del pensiero fisico e filosofico di Einstein dalla prima pubblicazione del giugno 1905 fino al lavoro del giugno 1916. Anni di intenso lavoro, spesso solitario, di un uomo caparbio e sicuramente ossessionato dalla sfida di comprendere la natura dello spazio e del tempo.

A cavallo di un raggio di luce

Nella primavera del 1905, Il giovane ventiseienne Einstein, impiegato presso l’ufficio Brevetti di Berna, pubblica tre lavori di importanza fondamentale.

• Nel primo, marzo 1905, ipotizza l’esistenza dei quanti di luce, in seguito chiamati fotoni. È, a mio parere, il primo articolo sulla Meccanica Quantistica, che verrà sviluppata negli anni venti. Nel mese di marzo del 1906, Einstein pubblicherà una estensione di questo articolo per spiegare l’effetto fotoelettrico, per cui riceverà il Premio Nobel nel 1921.
• Nel secondo articolo dimostra per la prima volta l’esistenza degli atomi e fornisce un metodo per calcolarne la dimensione!
• Il terzo articolo, segna la nascita della cosiddetta Relatività Ristretta. Da questo articolo inizia il percorso che porterà alla previsione delle onde gravitazionali.

Il modo di procedere di Einstein è profondo e nello stesso tempo semplice. Enuncia per prima cosa due principi:

• Il Principio di Relatività. In parole povere tutte le leggi della natura rimangono immutate “viste” da due osservatori che si muovono tra loro in moto rettilineo e uniforme. Diciamo a velocità costante, senza accelerazioni, curve, sobbalzi. Nella nostra quotidianità, ad esempio è normale bere un bicchiere d’acqua in aereo o in auto mentre proseguiamo dritti e senza sobbalzi e bagnarci facilmente in presenza di una turbolenza, di una brusca frenata o di una curva. Il fenomeno era noto fin dai tempi di Galileo e Newton e ben inserito in tutte le leggi della meccanica. Il salto di qualità di Einstein è, a mio parere, nel merito, il principio vale per tutte le leggi della fisica non solo nella meccanica del moto e nel metodo: viene assunto come un a priori, un assioma, una verità assoluta dalla quale dedurre conseguenze e previsioni da sottoporre alla sperimentazione.

• Il principio della Costanza della Velocità della Luce. Einstein era un grande ammiratore di Faraday e di Maxwell che avevano messo a punto le leggi dell’elettromagnetismo e “dimostrato” che la luce è un’onda elettromagnetica, al pari delle onde radio, onde radar (microonde) e così via. Elettricità, magnetismo e ottica diventavano un unicum, descritto mirabilmente dalle splendide equazioni di Maxwell. Oggi con quelle equazioni progettiamo telefoni, trasmissioni radio e televisive, macchine fotografiche, descriviamo gli arcobaleni, i tramonti, i colori dell’iride e tanto, tanto altro. In quelle equazioni la velocità della luce era una costante, ovvero non dipendeva dal moto dell’osservatore, qualunque esso fosse. Il sedicenne Einstein, che nelle sue parole, a quella età primeggiava il calcolo differenziale e integrale, fantasticava su cosa si provasse a cavalcare un raggio di luce. Ecco un altro esempio del metodo di Einstein. Pensare, immaginare e bearsi. Erano stati fatti importanti esperimenti sulla costanza della velocità della luce, ma Einstein nel suo lavoro di giugno non li cita. In fondo le equazioni dicevano che era costante e questo per lui era forse più importante che citare l’esperimento. Il salto di qualità di Einstein è di assumere ancora a principio la costanza della velocità della luce (nel vuoto).

Sulla base di questi principi, che riporta in appena dieci righe, Egli analizza alcuni semplici esperimenti mentali e trova alcuni fatti sconcertanti per il senso comune:

• Due eventi, (tipo un appuntamento tra due persone in un luogo), che sono simultanei per un osservatore, non lo sono per un secondo osservatore in moto rispetto al primo
• Il tempo misurato da un osservatore sul suo orologio è diverso dal tempo che lui vede scorrere nell’orologio dell’osservatore in moto rispetto a lui. Corri? Il tuo tempo rallenta, secondo me che ti sto osservando!
• Le distanze misurate da un osservatore sugli oggetti in movimento rispetto a lui, si contraggono.
• Ancora più eclatante ambedue gli osservatori pensano che il tempo dell’altro scorra più lento. Talvolta chiamato paradosso dei gemelli, non è un paradosso è una realtà. Chiaramente per confrontare i due orologi, uno dei due viaggiatori deve rallentare, fermarsi e ritornare indietro. Quindi l’assunto della velocità uniforme, viene meno. Comunque sappiate che il viaggiatore che torna indietro è quello che resta più giovane. Ma non è più un problema di relatività ristretta!

Tutti questi effetti sono piccolissimi e non si notano nella nostra quotidianità. Bisogna che la velocità tra i due osservatori sia molto alta, vicina a quella della luce, che ricordo essere di circa 300.000 km al secondo!

Il passo successivo è applicare i nuovi principi alla meccanica di Newton. Einstein in tutte le sue opere imporrà che le sue leggi, nei casi meno estremi si debbano ridurre alle leggi di Newton. Contrariamente a quanto talvolta si legge, Einstein poggiava i suoi pensieri sulle spalle dei grandi: Galilei, Newton, Faraday, Maxwell, solo per citare i maggiori. Ancora un altro risultato sorprendenti:

• La massa di un corpo, al pari della sua energia aumenta all’aumentare della sua velocità

Il lavoro affronta e risolve altri aspetti e problemi, che non ritengo opportuno riportare in questa sede. Voglio però sottolineare il messaggio di fondo dell’articolo. Ogni volta che osserviamo un fenomeno dobbiamo specificare chi è l’osservatore e chi l’osservato. E in maniera minuziosa e maniacale precisare tutti i dettagli del fenomeno. Il tempo? Di chi? Misurato da chi? E così via. Einstein nell’articolo procede con un’attenzione ai dettagli eccezionale.

Durante l’estate, Einstein ripensa alla sua opera e a settembre pubblica un articolo di tre pagine in cui tira fuori la sua celebra equazione:anche se scritta in modo diverso. Di fatto stava già dentro le sue equazioni di giugno, ma occorreva qualche mese di riflessione prima di sparare un’altra bordata:

• Massa e Energia sono la stessa cosa!

Con mie parole, sono sinonimi. Misurano la stessa cosa con delle unità di misure diverse. L’equazione diventerà tristemente famosa per la bomba atomica. Ancora oggi è la formula più famosa al mondo. Anche Einstein diventerà l’icona più famosa al mondo e lo è ancora oggi.

Vedi la foto,  ritratta all’età di 71 anni.