GL.01.01.Fisica

Esordio
1905: Einstein con tre articoli pubblicati su Annalen Der Physik:

• mostra che gli atomi esistono davvero;

• apre la porta alla Meccanica dei Quanti;

• presenta la prima Teoria della Relatività, oggi chiamata “relatività ristretta”.

Prima questione
La teoria della relatività “non quadra” con le leggi di gravitazione universale, scoperte da Newton.

1915: Einstein risolve questa questione con una nuova teoria della gravità, che chiama “teoria della relatività generale”: [link allo storico articolo di Einstein in lingua originale].
Mentre Newton pensava che l’universo fosse uno scatolone vuoto, dentro il quale gli oggetti corrono diritti, finché la forza di gravità fa curvare la loro traiettoria, Einstein intuisce che lo spazio non è vuoto, è un campo, analogo a quello elettromagnetico (nel quale le onde radio vibrano, andando in giro a portare la forza elettrica). In sintesi, lo spazio è un campo gravitazionale: questa l’idea di fondo della relatività generale. Cambia così – radicalmente – la nostra rappresentazione del mondo di tipo ottocentesco: la terra gira intorno al sole e gli oggetti cadono non perché esista una forza misteriosa che li attragga, ma perché, come palline che rotolano, si muovono dentro uno spazio (il campo gravitazionale), che s’incurva, si flette e si torce come un gigantesco mollusco.

Teoria ed implicazioni
Nella descrizione teorica dell’incurvarsi dello spazio è contenuta l’idea che non è solo lo spazio ad incurvarsi, ma anche il tempo.
Se, per ipotesi, due gemelli vivessero ciascuno la propria esistenza uno in pianura e l’altro in alta montagna e ad un certo punto s’incontrassero, scoprirebbero che quello che ha vissuto in montagna è un po’ più vecchio, perché lassù il tempo scorre più veloce e quindi ne ha vissuto di più: vicino alla superficie terrestre il tempo scorre più lentamente che in alta montagna.

Di seguito alcuni fenomeni, previsti dalla teoria della relatività, poi verificati:

• Lo spazio intorno alle stelle si curva; per questo motivo non solo i pianeti orbitano intorno alla stella, ma pure la luce subisce una deviazione.
• Le stelle, quando finiscono il loro combustibile (l’idrogeno), si spengono e crollano sprofondando, schiacciate sotto il loro stesso peso, così forte da curvare lo spazio tutt’intorno. Sono questi i buchi neri.
• Lo spazio deve muoversi per forza e dilatarsi; la radiazione cosmica di fondo (il bagliore diffuso, rimasto dal calore iniziale di un’esplosione potentissima) deve essere scaturita dall’esplosione dell’universo giovanissimo, piccolissimo e caldissimo: è il Big Bang.
• Lo spazio s’increspa come il mare; gli effetti di queste onde gravitazionali si osservano in cielo sulle stelle binarie. [Per un’ulteriore riflessione cfr. Sandri M., “Effetti della danza cosmica spazio-tempo”, in Media INAF, 31/01/2020: “Ancor prima del completamento della relatività generale nel novembre del 1915, Albert Einstein aveva già capito che in una teoria in cui la gravitazione è il risultato dello spazio-tempo curvo, la rotazione di una massa, a differenza della teoria della gravità di Newton, avrebbe contribuito direttamente al campo gravitazionale. Più semplicemente, la rotazione di una massa perturba vorticosamente lo spazio circostante, un effetto comunemente noto come frame-dragging“.