Il presente articolo è stato inserito nella pagina di approfondimento dedicata all'effetto lente gravitazionale

 

Forse i meno giovani ricordano bene un gustosissimo film di René Clair del 1944, “Accadde Domani”, in cui un giornalista riceve ogni giorno, per una strana magia, una copia del giornale dell’indomani, con le conseguenze del caso. Bene questo è proprio quello che è successo in astrofisica grazie al genio di Einstein. Questo lungo articolo è un REGALO DI NATALE che io faccio a tutti voi e che tutti voi potete fare a me e a tantissimi altri.

E’ stato ricordato (molto sotto tono) che sono trascorsi cent’anni da quando Einstein ha pubblicato la sua Teoria della Relatività Generale. Già questa dovrebbe essere una notizia da prima pagina. Purtroppo, tutto ciò che è vera Scienza viene considerata cosa per pochi eletti, fuori dal mondo. No, non è assolutamente così. La Relatività Generale dovrebbe essere patrimonio di tutti, grandi e piccoli, istruiti e non istruiti, insegnanti e allievi. Oltretutto, i cent’anni di relatività generale sono stati celebrati (quasi di nascosto) da un evento cosmico che ha del fantastico e dell’incredibile. L’uomo è riuscito a prevedere il futuro, proprio come nel film! Vi spiegherò tutto, fin dall’inizio, a livello comprensibile veramente a TUTTI. E se qualcuno trovasse ancora dei punti oscuri me lo faccia sapere subito e mi spiegherò ancora meglio. L’importante è che ciascuno di voi lo legga e lo racconti ai familiari, ai figli, ai nipoti, agli amici. Senza paura di parlare di qualcosa di serioso e di noioso. No, è una notizia veramente esplosiva che deve essere conosciuta e celebrata da tutti. Gli insegnanti la regalino ai loro allievi, gli eventuali giornalisti la riportino con l’enfasi che merita, dato che supera nettamente, come interesse e come meraviglia, tutte le notizie che ci hanno elargito da tanti anni. Questo articolo vuole essere un APPELLO perché la notizia del secolo sia fatta uscire dall’anonimato e serva a smuovere i cervelli dei più giovani, i soli che potranno costruire un mondo migliore e consapevole. Grazie a tutti voi che passerete all’azione e grazie ovviamente a Einstein e alla possibilità che ci ha dato di capire la vera essenza della Natura macroscopica che ci circonda.

Può sembrare un lungo articolo, ma vi assicuro che è di estrema semplicità e permette di sintetizzare in modo veramente puerile sia la fisica classica che quella moderna senza alcun salto di difficoltà. Il tutto in modo divertente e capace di meravigliare anche i meno volenterosi a capire.  Vi prego, perciò, di leggerlo tutto, fino al fondo!

Per celebrare i 100 anni di relatività generale di Einstein, è giunta una scoperta che ha del fantastico. Non permettiamo che cada nell’oblio imposto dai media e dai falsi divulgatori. Rendiamo onore alla visione dell’Universo che troppo pochi conoscono. Divulgate e fate conoscere a TUTTI ciò  che  TUTTI dovrebbero e potrebbero sapere.

E’ un piacere che vi chiedo e che non può che servire a controbattere la banalità di un mondo troppo tecnologico e ben poco intelligente. La Scienza non deve essere di pochi e sa molto bene come fare a divertire tutti e a migliorare il futuro della nostra specie. Ribelliamoci tutti assieme all’apatia cerebrale. Siamo pochi, ma possiamo crescere. Dite agli insegnati di scienze di leggerla in classe e di spiegarla come un’avventura ben più entusiasmante dei film che attirano l’attenzione di tutti e dei giochini  da computer o dei programmini usa e getta. Avranno reso omaggio a una delle più grandi menti dell’umanità e avranno contribuito un poco a migliore una razza che dire decadente è poco.

Questo articolo è una ripetizione, resa ancora più semplice, di uno precedente. Nasce da un senso di rabbia e ribellione che è esploso dentro di me, aiutato dai sacrosanti commenti di molti di voi. No, non è possibile che i cent’anni di una delle teorie più sconvolgenti e confermate della storia della Scienza siano relegati a notizia marginale. Soprattutto, non può si può accettare che una sua eccezionale conferma, alla portata di TUTTI, che ha superato di gran lunga gli effetti speciali di tutti i celeberrimi film di fantascienza, non sia apparsa sulle prime pagine dei media.

Tutti coloro che conoscono o non conoscono la relatività devono arrabbiarsi profondamente per non esserne stati messi a conoscenza. Cosa valgono i documentari e i programmi considerati pseudo-scientifici se non impongono con tutte le forze questa notizia incredibile? E cosa valgono tante parole sul prossimo ipotetico catastrofismo climatico se non sono controbilanciate dalla spiegazione ben più semplice di un fenomeno che sembra uscito dal cappello di un mago? E cosa valgono i blog e i siti pseudo-astronomici che si divertono a far spendere soldi per l’ennesimo pezzo di vetro di un borioso astrofilo o risolvono tutto rimandando al solito Stellarium, se poi non mettono in rilievo assoluto una notizia così sconvolgente?

No, non posso farne a meno e sono costretto a farlo io, pur rivolgendomi a poche centinaia di lettori. Lo scopo non è informare loro, che già sanno, ma stimolarli a propagare la notizia a TUTTI i conoscenti, amici, familiari e -soprattutto- insegnati. Nelle scuole, di ogni ordine e grado, la notizia che sto per descrivere nuovamente, in modo molto più semplice di quanto facciano i più seguiti e adorati film di fantascienza, DEVE essere messa in cima a tutte le informazioni. Ne va del futuro della mente dei giovani che dovranno costruire un domani che non sia peggio dell’oggi, dato che sappiamo che non vi è peggio al peggio. Forza amici sentitevi partecipi di questa campagna e facciamo noi quello che altri falsi informatori non hanno voluto fare per pura ignoranza! Magari si muoveranno anche loro!

Scusate le ripetizioni, ma volevo che si sentisse quanto è veramente disperato questo APPELLO!

Lasciamo perdere quei film, osannati dai giovani e non solo, che scimmiottano le vecchie storie medievali coprendole di effetti speciali, di armi potentissime (sempre armi, solo armi…), di pianeti alieni e di cattivissimi e di buonissimi (le solite vecchie favole dei nostri nonni e dei loro nonni).

Pensiamo, invece, a storie come “Ritorno al futuro” e ai suoi “seguiti”. Perfino l’automobile che è stata usata è diventata oggetto di culto. Non ho niente contro di loro e ben vengano per divertire in maniera anche intelligente. Il problema è che dovrebbero essere un “oltre a” e non un “invece di ” rispetto alla Scienza vera, ancora più affascinante e sconvolgente.

Parliamo, in particolare, dei viaggi nel futuro o nel passato. Tutti ne sono affascinati, tutti li sognano e -a volte- sperano anche di avere trovato una soluzione. Sono stati scritti romanzi bellissimi, giustamente diventati celebri, ma -allora- perché non fare ancora di più quando il SOGNO è riuscito a diventare REALTA’, proprio allo scadere dei cent’anni della relatività di Einstein che l’aveva previsto con tutti i dettagli?

Mi sono convinto che tutte le conferenze divulgative del prossimo anno, che riuscirò a tenere, dovranno riferirsi a questo risultato. Cercherò, nel mio piccolo, di darne la massima diffusione (anche un oceano può svuotarsi con un cucchiaino, basta provarci e non avere fretta). Ma voi, che capite e che mi comprendete, fate lo stesso, vi prego: cento cucchiaini sono meglio di uno!

Per aiutare TUTTI ad aiutarmi, spiegherò di nuovo l’ultrafantascientifico risultato ottenuto da VERI scienziati che si sono fidati solo e soltanto delle previsioni scritte nero su bianco (e senza programmini preconfezionati) cent’anni fa. Spero proprio, che scuole, blog leggermente più elevati del comune livello terra-terra, giornali che si considerano scientifici, media TV (questo è veramente un sogno irrealizzabile, forse) che parlano di scienza catastrofica e non di meraviglie costruttive, possano esserne stimolati e facciano un passetto verso l’alto, abbandonando l’anonimità e la povertà culturale in cui stanno precipitando sempre di più.

Va bene, veniamo a noi (e chi già sa … abbia pazienza delle semplificazioni che farò, ma che sono necessarie per sperare in un’ampia divulgazione) e facciamo un esempio veramente alla portata di TUTTI.

Uno scoppio improvviso

Prendiamo una stella lontanissima S. Una stella che dopo una vita più o meno tranquilla, durata milioni e milioni di anni, ha deciso di esplodere. Queste esplosioni prendono il nome di “supernove” e producono una luce enorme, visibile in gran parte dell’Universo. Anche l’uomo con i suoi strumenti riesce a vederla, ma arriva sempre in… ritardo. Nessuno può, infatti, dirci quando la stella esploderà e non si può certo sapere dove puntare il telescopio per vedere lo “scoppio” in diretta. Bisogna accontentarsi di vedere la fine dell’evento, ma mai gli istanti precedenti e iniziali.

E’ un peccato, un vero peccato. Se si riuscisse a seguire l’evento fin dall’inizio, si scoprirebbero molti processi fondamentali sulla “morte” delle stelle. Riuscire a prevedere l’esplosione non sarebbe un risultato fantastico, degno dei migliori film di fantascienza?  O, magari, riuscire a rivedere completamente quanto è già successo? Molto meglio di ciò che i migliori film, tanto osannati, siano mai riusciti a farci vedere con la pura fantasia. Siete tutti d’accordo su questo?

Bene. Einstein cent’anni fa ci ha detto come fare e oggi si è riusciti a ottenere una conferma osservativa! Cerchiamo di spiegare l’intera faccenda, cominciando con una legge “antica” ormai conosciuta veramente da TUTTI: la legge di gravitazione universale di Newton.

Tutto attrae tutto

Questa legge è quella che ci dice perché un oggetto che scivola da una mano finisce per terra o, ancora meglio, perché una mela che cade finisce sulla testa di Newton. Questi concetti sono normalmente spiegati a tutti e in tutte le occasioni, scuole comprese. Bene, cominciano da questa legge e vediamo come riuscire a creare il miracolo di Einstein…

La legge di gravitazione universale ci spiega come mai la mela cade per terra, ma ha un’applicazione ben più ampia, che è chiaramente condivisa da tutti, ogni volta che si parla di un pianeta che orbita attorno al Sole. Tutti sanno che la Terra gira attorno al Sole (oggi, almeno lo accettano tutti) e, per farlo, impiega esattamente un anno. In realtà, vale il contrario: l’anno è stato definito proprio come il tempo necessario alla Terra per fare un giro completo attorno al Sole. Diventa, quindi, più che ovvio cercare di sapere perché capiti questo utilissimo e comunissimo fenomeno. Vediamolo in termini molto generali.

Ammettiamo che la Terra e il Sole siano entrambi fermi, l’una di fronte all’altro. Cosa succederebbe? Bene, la legge di Newton ci dice che entrambi i corpi si attirano e la fine di tutto sarebbe lo scontro tra i due. Qualcosa di molto simile alla mela che cade per terra. In realtà sia la mela cade verso la Terra e sia la Terra cade verso la mela, ma la differenza di massa è tale che il movimento della Terra è del tutto trascurabile.

In modo più esatto, si può dire che la Terra viene attirata dal Sole attraverso una forza che è proporzionale alle due masse in gioco e inversamente proporzionale alla distanza tra le due masse. Non voglio scrivere formule e nemmeno usare termini tecnici.

In parole veramente povere, possiamo dire che il Sole attira la Terra con la stessa forza con la quale la Terra attira il Sole. Identica conclusione se considerassimo Terra e mela. Perché allora la mela si vede muovere e la Terra no? O, ancora, perché il Sole si muove praticamente di niente e invece la Terra sembra essere la sola a finire contro il Sole? Facile a dirsi, la Terra (e la mela) percorrono uno spazio maggiore in un certo intervallo di tempo. In altre parole, Terra e mela si muovono più velocemente dato che hanno subito una maggiore accelerazione.

Volete andare più forte in macchina? Facile! Basta schiacciare sull’acceleratore. Lo stesso capita per la Terra. L’accelerazione che subisce è decisamente maggiore di quella che subisce il Sole. Maggiore accelerazione vuol dire maggiore velocità raggiunta in breve tempo. Prima che il Sole si metta in moto, la Terra gli è già piombata addosso. Idem per la mela e per il suolo terrestre.

Vediamo queste semplici conclusioni in Fig. 1, dove Terra e Sole partono insieme, attratti da una stessa forza, ma la Terra fa molto prima a raggiungere il Sole. Parliamoci chiaro, il Sole per muoversi deve portarsi dietro una massa enorme, mentre la Terra è decisamente un peso leggero. Se entrambi subiscono la stessa forza, è la Terra che fa meno fatica a raggiungere l’avversario…

Chi viaggia più velocemente? Un furgone mezzo vuoto o uno pieno all’inverosimile? Beh… penso che lo sappiate tutti: quello più leggero. Lo stesso capita per il furgone Terra rispetto al furgone Sole. D’altra parte, facendo un passettino in avanti, possiamo dire che l’accelerazione che i corpi subiscono a causa della forza di gravità (che è la stessa per tutti e due i corpi celesti)  è proprio data dalla forza divisa per la massa. Chi ha la massa minore, subisce, quindi, un’accelerazione maggiore.  Ne consegue che chi è più leggero viaggia più velocemente.

Capito come funziona la forza di gravità, vediamo come mai la Terra gira attorno al Sole invece che andargli a finire contro.

Girare a distanza di sicurezza

Facciamo un ulteriore generalizzazione che ci servirà quando passeremo all’amico Einstein. Invece di prendere la Terra ferma, facciamola viaggiare con una certa velocità costante, a una certa distanza dal Sole, che possiamo immaginare fermo. Anche se sembra strano, all’origine del Sistema Solare, le cose andavano proprio così e ciò che avrebbe formato la Terra si muoveva rispetto al Sole e sarebbe stato ben contento di andarsene via nello spazio con un movimento rettilineo. Ve lo posso assicurare. E anche Galileo Galilei mi avrebbe dato pienamente ragione.

La situazione generale è, allora, quella di Fig. 2. La pallina T si muove lungo una direzione rettilinea con una certa velocità e in questo percorso è costretta ad avvicinarsi sempre di più al Sole. Prima o poi la pallina e il Sole mettono in moto la forza di gravità che ormai conosciamo molto bene. Il Sole attira la pallina e la pallina attira il Sole. Possiamo anche non considerare il movimento del Sole (ormai sappiamo perché) e lasciamolo fermo nella stessa posizione. Guardiamo solo cosa succede alla pallina, a mano a mano che si avvicina.

La forza di gravità aumenta (diminuisce la distanza) e la pallina viene attirata sempre più dal Sole. Più la forza cresce e maggiore è l’accelerazione che subisce. Nel punto più vicino la forza è massima e ci aspetteremmo che la pallina finisca velocemente sul Sole. E invece no. Perché. Beh… semplice. Perché la pallina ha una sua velocità di crociera che in qualche modo si ribella alla velocità che gli ha impartito l’accelerazione e  che la vorrebbe far cadere sul Sole.

In questo gioco di tira e molla, conta la distanza e la velocità iniziale della pallina. Chi vince la sfida? A seconda della velocità iniziale e/o della distanza si hanno tre possibilità: la pallina subisce una certa deviazione, ma poi riesce a continuare la sua corsa (1); la pallina passa troppo vicina o va troppo piano e finisce per cadere sul Sole (2); si giunge a un compromesso: la pallina si mette a girare intorno al Sole, senza cadere su di lui e senza scappare (3). Un pareggio onorevole, una configurazione particolare ma di grande equilibrio.

Possiamo ripetere lo stesso ragionamento anche per la mela e la Terra. In Fig. 3, se la mela M parte da ferma cade immediatamente (1). Ma se io la prendo in mano e la lancio con “forza” davanti a me, le impongo un’accelerazione e una certa velocità. La velocità che gli ho dato deve lottare con quella che genera su di lei l’accelerazione di gravità dovuta alla Terra. La mela descrive una traiettoria curvilinea e finisce per cadere al suolo (2). Più forza ho impresso nel lancio e più a lungo la mela resterà in aria (3). Al limite, se potessi darle una forza particolare la mela potrebbe raggiungere una velocità tale da mettersi in … orbita attorno alla Terra (4), trascurando gli eventuali ostacoli che incontrerebbe per strada e l'attrito dell'aria che tenderebbe a ridurre la velocità. Pensate che proprio un esempio del genere era stato utilizzato da Newton per spiegare la sua legge…

Bene, fin qui non abbiamo fatto che richiamare la fisica classica, quella che si insegna a scuola e che tutti, chi più chi meno, dovrebbero conoscere. D’altra parte non è altro che la descrizione di ciò che ci circonda. Se quando detto vi ha messo in crisi, ditemelo subito. Non si può vivere senza conoscere queste cose e magari passare il tempo davanti a uno smartphone o attendere con trepidazione una nuova versione di Guerre Stellari! Inoltre, sono concetti che possono capire benissimo anche i bambini delle medie. Provate e ve ne renderete conto. Fateli divertire con la legge di Newton: è più facile e MOLTO più utile per il loro futuro! Mele ne trovate sempre e potete anche usare una qualsiasi pallina…

Non ci resta adesso che cambiare pallina ed entrare superficialmente nel mondo di Einstein. Tutto rimarrà altrettanto facile, ma il passo in avanti per non essere schiavi di un’informazione mediatica becera e inconcludente sarà già enorme e… molto più divertente!

Palline di luce

Prendiamo una pallina velocissima anche se piccolissima. Rimanendo nella visione di Newton, anche questa pallina subirà le conseguenze del caso e sarà deviata o catturata a seconda della velocità e della distanza rispetto al Sole o a una qualsiasi massa ben maggiore di quella della pallina.

Cosa succede, però, se alla pallina leviamo del tutto la massa e la facciamo diventare una specie di pallina “fantasma”? La sua velocità rimane costante e può anche diventare la più alta che ci possa essere in natura. Tuttavia, nasce un problema: se la pallina non ha massa, non può subire la forza gravitazionale (massa uguale a zero vuol dire forza uguale a zero), ne consegue che pur passando vicina o vicinissima al Sole  non subisce nessun cambiamento di traiettoria.

Questa pallina non è fantascientifica, ma esiste e come! Il suo nome è fotone ed è la pallina che trasporta la luce, ossia è la stessa luce. Non entriamo nei dettagli, dicendo che la pallina non è in realtà una pallina,  ma un onda o cose ancora più complicate. Per quello che ci interessa possiamo considerarla veramente una pallina. L’unica cosa veramente importante è che non ha massa e quindi la sua traiettoria non può essere deviata dalla forza di gravità di G.

Disegniamo in Fig. 4 una sorgente di luce (una stella S), che invia le sue palline luminose dappertutto nello spazio. Nella stessa figura inseriamo qualche oggetto molto pesante (galassie o anche solo stelle) e vediamo cosa deve succedere secondo la fisica che tutti hanno imparato a scuola o hanno letto nei “media” (fino a qui c’arrivano anche loro…).

Innanzitutto, sappiamo che le palline di luce viaggiano sempre di moto rettilineo (e si può anche dimostrare con tanta matematica, vi ricordate la QED?), per cui, sia che esse passino vicino o lontano dalle masse delle stelle e delle galassie, il loro movimento non può essere influenzato in alcun modo: la forza di gravità di questi giganti NON influisce su di loro, non avendo alcuna massa. L’unico modo per fermarle é essere proprio lungo il loro percorso. In quel caso la pallina sbatte contro il corpo celeste e finisce la sua corsa.

Immaginiamo adesso che noi, osservatori, si sia in T, con il nostro telescopio, e che lungo la linea che congiunge l’oggetto S che invia la luce e noi, vi sia una galassia o stella o pianeta G. Le palline si dirigono in tutte le direzioni e anche verso di noi. Ma, accidenti!, la pallina che sarebbe arrivata fino noi per portarci la luce  viene “bloccata” da G. Conclusione, non possiamo assolutamente vedere S, se restiamo fermi al nostro posto. Niente di strano, ovviamente… Se mettiamo una mano davanti agli occhi non vediamo più niente, così come se nascondiamo qualcosa dietro a qualcos’altro.

Se seguissimo la fisica di Galileo e Newton non potremmo mai vedere le stelle come S. Punto e a capo.

Tuttavia, il genio di Einstein ha dato una nuova versione della legge di gravità. Una legge che non possiamo spiegare nei dettagli matematici, ma che è estremamente semplice da descrivere con qualche piccolo ragionamento e qualche figura semplificata.

Una sfera di ferro su un copriletto

Immaginiamo che ogni corpo che abbia massa faccia, con lo spazio che lo circonda, quello che fa una palla di ferro molto pesante quando viene adagiata sopra a un letto, dove c’è un copriletto perfettamente teso e decorato con linee orizzontali e verticali, come in Fig. 5.

La superficie perfettamente liscia sprofonda per effetto della massa della sfera. Si crea una specie di buco… provare per credere! Ovviamente, più la massa della sfera è piccola e meno si deforma il copriletto. Se la sfera è fatta di polistirolo o di cotone nessuno si accorgerà di niente.

Attenzione, però: il disegno raffigura solo una superficie a due dimensioni: il copriletto. Posandogli la sfera, essa si deforma e non è più una superficie piana, ma diventa una superficie curva nei pressi della sfera che l’ha deformata. Le dimensioni, comunque, restano sempre due.

Invece di usare un copriletto a due dimensioni, pensiamo a un copriletto a tre dimensioni, com’è lo spazio attorno a noi. Ebbene, una massa sospesa nel vuoto, come potrebbe essere il Sole o un’altra stella o una galassia, incurva tutto lo spazio che la circonda, così come succede per il copriletto che ha due sole dimensioni (il "suo" spazio ha solo due dimensioni).

Purtroppo, noi non possiamo disegnare una situazione del genere, ma possiamo pensarla molto simile al nostro copriletto. Facciamo un piccolo sforzo mentale e immaginiamo di trasformare il copriletto a due dimensioni in uno spazio-copriletto a tre dimensioni. Se ci pensate un po’ sopra non è poi così difficile. Potete pensarlo come se fosse composto di acqua. Prendete una sfera di ferro e immergetela nell’acqua: essa deforma lo spazio-acqua attorno a lei come fa la stessa sfera messa sopra al copriletto (Fig. 6). Tutto lo spazio si incurva per la presenza della sfera.

Per quanto interessa alla nostra trattazione, possiamo, comunque, continuare a vedere lo spazio come il copriletto, giocando solo con due dimensioni, nello stesso modo in cui gli egiziani disegnavano le loro figure e le immergevano in uno spazio piatto… Fate solo attenzione a non pensare alla profondità dell’avvallamento del copriletto come una terza dimensione! Il copriletto, con tutte le sue deformazioni, rappresenta sempre uno spazio a due dimensioni.

Strade obbligate

Immaginiamo, adesso, di far passare tre palline con una certa massa nei dintorni di questo avvallamento dello spazio. Se la pallina va abbastanza veloce e/o passa abbastanza distante subisce solo un po’ la deformazione del copriletto (come una macchina che incontra una cunetta o un buco della strada), ma poi prosegue il suo cammino. L’unica cosa che ha cambiato è la direzione del moto.  La stessa cosa che succede, ragionando solo con la forza di gravità di Newton.

Se la pallina, passa troppo vicina o è troppo lenta comincia a cadere dentro l’avvallamento e alla fine finisce contro la nostra sfera, in modo del tutto analogo a quanto capita, nuovamente, sotto l’azione della forza di gravità della sfera centrale.

Infine, se la distanza e/o la velocità è quella giusta si arriva al solito compromesso: la pallina si mantiene a distanza dalla sfera, ma è entrata in una zona dell’avvallamento del copriletto tale da farla continuare a girare. Perfetto, anche questo caso particolare della teoria di Newton viene confermato. Ovviamente, un pianeta come la Terra è nelle condizioni del terzo caso e continua a girare attorno al Sole.

Poco importa, a prima vista, che tutto sia dovuto al gioco dell’attrazione gravitazionale o alla deformazione subita dallo spazio intorno al Sole (la sfera sul copriletto). Ma, allora, perché mai Einstein ha dovuto costruire una teoria alternativa che lo costringe a curvare lo spazio? In fondo, bastava la legge di Newton per ottenere lo stesso risultato.

E no, amici miei, la Natura non lavora come dice Newton, ma come dice Einstein. Si può continuare a usare Newton finché si rimane nei fenomeni che capitano attorno a noi, ma non più quando si cerca di descrivere l’Universo con le sue masse gigantesche.

Se poi torniamo a considerare la pallina-luce che non ha massa, tutto cambia completamente nelle due teorie. Abbiamo visto che, seguendo Newton, la pallina non dovrebbe essere assolutamente influenzata dalla presenza di un’altra massa, dato che la forza di gravità si annulla (la massa va a zero e la pallina va sempre dritta per la sua strada). Se, invece, tutto funzionasse come dice la teoria di Einstein, anche la pallina senza massa sarebbe obbligata a “sentire” l’avvallamento creato dalla sfera sul copriletto e seguirebbe la sorte della pallina con una massa diversa da zero.

Massa o non massa per me pari sono

Qual è la vera differenza tra le due teorie? In quella di Newton è la forza di gravità che attira più o meno la pallina dotata di massa e la obbliga a descrivere traiettorie diverse. Nel secondo caso è una deformazione dello spazio a creare una strada che qualsiasi pallina è costretta a percorrere, sia che abbia o non abbia massa.

Nel primo caso, è come se fossimo su un pianoro, in cui la nostra automobile può andare dritta o girare a seconda di come si ruota il volante (che fa la parte della forza di gravità); nel secondo caso è come se la nostra automobile fosse entrata in una pista da bob, profondamente incisa nel ghiaccio, e non c’è più bisogno di volante: siamo obbligati a seguire la traiettoria prestabilita.

Chi comanda, in questo secondo caso, è solo e soltanto la deformazione dello spazio causata dalla massa centrale e non una forza da lei esercitata. Ciò non toglie che, potendo accelerare, potremmo anche uscire dalla traiettoria obbligata e riuscire a scavalcare la parete della pista e finire nella … neve! Ma se la velocità è costante, non c’è modo di cambiare la traiettoria, proprio come nell’avvallamento del copriletto.

Ricapitoliamo brevemente. Se valesse la teoria di Newton le palline verrebbero spostate solo se avessero massa. Se valesse quella di Einstein la massa non conterebbe più e anche la luce (composta da particelle senza massa)  sarebbe obbligata a obbedire alle deformazioni dello spazio, causate dalla massa.

Pensateci bene e vedrete che la differenza è enorme. Nel caso della vita di tutti i giorni non abbiamo a che fare con masse veramente gigantesche e i nostri mezzi di locomozione hanno motori che riescono abbastanza facilmente a vincere la gravità della Terra (o la sua deformazione dello spazio), anche quando vogliamo lanciare un’astronave nello spazio. Si può quindi continuare a utilizzare la teoria di Newton che dà la stessa soluzione di quella di Einstein.

Ma se, invece, vogliamo descrivere l’Universo con i suoi oggetti giganteschi e dove ogni informazione viaggia attraverso la luce, ossia attraverso palline spaziali senza massa, la teoria di Einstein deve assolutamente sostituire quella di Newton. Qualcuno chiederà: “Ma ne siamo sicuri? Noi, in fondo, possiamo fare esperimenti solo sulla Terra o al più nello spazio vicino a noi. Chi ci dimostra che ha ragione Einstein?”.

Un telescopio universale

Bene, siamo arrivati a uno dei tanti effetti, perfettamente dimostrabili con le osservazioni, che danno completamente ragione a Einstein. Questo effetto viene chiamato effetto lente gravitazionale e gioca proprio sul fatto che anche la luce può essere "piegata" da una massa enorme, cosa che Newton non permetterebbe. Descriviamo brevemente questo effetto e poi vediamo come possa farci viaggiare nel passato e/o nel futuro.

Ripetiamo ancora una volta un concetto fondamentale che è vincolante per la conoscenza del Cosmo. L’unica informazione che riusciamo a ricevere dai corpi celesti è la loro luce o -se preferite- la radiazione elettromagnetica che inviano nello spazio (luce a diverse lunghezze d’onda). Se le palline senza massa della luce non ci colpiscono, non possiamo “vedere” o -più in generale- ricevere informazioni dall’oggetto che le ha inviate. Se valesse la legge di Newton, la luce di un corpo celeste che fosse nascosto da un altro non potrebbe mai raggiungerci, come si vede in Fig. 7a.

Se, invece, valesse la relatività di Einstein, anche le palline della luce potrebbero essere curvate dai corpi massicci più vicini e qualcuna di queste potrebbero giungere fino a noi. Su quest’ultimo punto, di importanza eccezionale, utilizziamo la Fig. 7b.

Consideriamo la sorgente S lontanissima e resa invisibile (secondo Newton) dalla galassia G. Cosa succede alle palline di luce che se ne vanno in giro per lo spazio in ogni direzione? Beh… quelle dirette proprio verso G finiscono in G, quelle dirette in direzioni molto diverse da G se ne vanno praticamente indisturbate. Ma cosa succede alle palline che si dirigono verso i bordi di G? Esse subiscono un cambiamento di percorso a causa dell’avvallamento dello spazio generato dalla massa di G. Le loro traiettorie si piegano, ma la loro velocità (quella della luce) e la loro distanza da G è tale che, pur cambiando direzione, continuano a viaggiare.

Questo cambiamento di direzione fa sì che due di loro (A e B) viaggino proprio verso di noi e dopo tanti anni (milioni, miliardi,…) colpiscano il nostro telescopio. Esse, pur partite da una sorgente S nascosta alla nostra vista, arrivano, comunque, da noi, anche se siamo costretti a vederle come se fossero partite da direzioni diverse da quelle vere. Le loro direzioni ci sembrano infatti A’ e B’.

Poco male: riceviamo comunque, anche se in modo deformato, la luce della sorgente S e la possiamo studiare.

Non solo, però… Einstein ha scritto tutte le formule relative a questo processo e, attraverso di loro, siamo perfettamente in grado di ricostruire la sorgente di partenza. Come se non bastasse, durante il meccanismo, sopra descritto in maniera ultra semplificata, aumenta anche la luminosità delle palline che sono giunte fino al telescopio. In conclusione, non solo si può vedere ciò che non si potrebbe, ma esso appare anche molto più luminoso che se non avesse nessun avuto ostacolo davanti a sé.

Teorie e nient’altro? No, cari amici, dopo molti anni da quando Einstein l’aveva predetto, sono iniziate le osservazioni dirette di questo fantastico effetto, che, proprio perché concentra e aumenta la luminosità di un oggetto lontanissimo, viene chiamato effetto lente. Esso ha permesso di vedere molto più lontano e, quindi, di scrutare l’Universo quando era molto giovane. Una lente fantastica, tecnologica e temporale. Altro che film di fantascienza…

Anelli e croci luminose

Cosa si vede, in realtà, vicino all’oggetto che avrebbe dovuto bloccare la luce e invece la concentra e la incrementa? un bellissimo cerchietto luminoso, come in Fig. 8 (una vera foto!), detto anello di Einstein (ricordiamoci che è tutto lo spazio a essere incurvato e quindi arrivano palline di luce da tutte le parti attorno all’oggetto che fa da “lente”). Ciò capita se la “lente” è un oggetto compatto, simmetrico ed è esattamente nella direzione della sorgente S.

Se la forma non è sferica, ma allungata (come una galassia), invece che in un cerchietto, la luce si concentra in quattro punti particolari e si ottiene la cosiddetta croce di Einstein, mostrata nella Fig. 9 (anche questa è una foto). Se, infine, l’allineamento non è perfetto si ottiene un cerchietto non completo o solo parte della croce. In ogni modo, anche se è un po’ fuori asse, si riesce, comunque, a ricevere la luce della sorgente S.

Ormai l’effetto lente viene normalmente usato da anni per studiare oggetti lontanissimi che non si potrebbero vedere per la poca luce che giunge fino a noi. Si cercano proprio zone di cielo in cui potrebbero esserci “lenti” tali da far risplendere, anche se deformati, oggetti invisibili sia per la posizione che -soprattutto- per la loro debolezza luminosa.

Ce ne sarebbe già abbastanza per celebrare la teoria di Einstein e renderla patrimonio di TUTTI. E, invece, l’osservazione eseguita allo scadere dei cent’anni è molto più fantastica e meravigliosa, nella sua semplicità.

Paganini non ripete, ma l’Universo sì

Se invece di avere un solo oggetto lente G, ne avessimo molti estremamente vicini tra loro (se visti dalla Terra), cosa succederebbe alle palline inviate da S?  Immaginiamo altre due lenti G1 e G2.  Anche loro potrebbero facilmente curvare la traiettoria delle palline e mandarne qualcuna verso di noi, come mostra la Fig. 10. Che meraviglia! Della stessa sorgente S vedremmo diverse immagini in luoghi diversi. E’ come se avessimo una serie di lenti nello spazio tutte capaci di formare un’immagine di S in posizioni diverse. Mamma mia, che abbondanza!

Tuttavia, questo fatto comporta una conseguenza ben più sconvolgente: ci permette di viaggiare nel tempo!

Immaginiamo che la sorgente S non abbia mai mandato luce e l’abbia fatto solo a un certo istante. Una specie di faro cosmico. La pallina che è stata mandata verso l’osservatore T (telescopio) passando vicino a G2 ha percorso uno spazio più corto per giungere in T di quanto non abbia fatto la pallina che è passata vicino a G. A sua volta, quella passata vicino a G1 ha percorso uno spazio maggiore di G. Qual è la conseguenza di questa differenza di spazio percorso?

Estremamente banale: la luce viaggia sempre alla stessa velocità (circa 300 000 km/sec). Essa, come tutte le velocità, è uguale allo spazio percorso diviso per il tempo impiegato a percorrerlo. Ciò vuol dire che se aumentiamo lo spazio percorso (o se lo diminuiamo) deve anche aumentare (o diminuire) il tempo, dato che la velocità DEVE restare COSTANTE.

Cosa significa questo semplice ragionamento? Che la luce di S che è passata vicino a G2 impiega meno tempo per giungere in T, mentre quella che passa vicino a G1 impiega più tempo. Se quella di G arriva oggi (ad esempio), vuole dire che quella passata da G2 è già arrivata, magari ieri. Possiamo sempre andare a vedere se, per caso, avessimo preso un’immagine IERI senza accorgerci della presenza di S.

Ancora più importante, però, è il fatto che quella che passa vicino a G1 DEVE ANCORA ARRIVARE. Se si fanno i calcoli, conoscendo la distribuzione delle “lenti”,  è possibile prevedere esattamente quando giungerà a noi la luce di S che è passata da G1. In qualche modo, vedendo l’immagine formata da G, possiamo prevedere il futuro e puntare il telescopio al momento giusto e nel punto giusto. In quell’istante vedremmo comparire S dal nulla! E’ proprio come poter leggere oggi il giornale di domani!

In parole molto povere, abbiamo la  possibilità di assistere a eventi che hanno già lasciato una loro immagine o, ancor di più, di potere assistere NUOVAMENTE a un certo evento che c’era scappato o che non eravamo riusciti a VEDERE FIN DALL’INIZIO. Proprio il caso delle supernove di cui abbiamo parlato prima.

Ripetiamo ciò che può succedere e ciò che si può fare. Oggi vediamo una supernova S attraverso l’immagine mandata da G. Come al solito, ce ne accorgiamo quando l’aumento di luce è già avvenuto (non potevamo sapere dove e quando sarebbe avvenuto, non sapendo che vi era qualcosa dietro a G che stava per mandare un segnale così forte).

Tuttavia, conosciamo le altre lenti G1 e G2. Innanzitutto, possiamo andare a vedere se, senza volerlo e senza accorgercene, avevamo GIA’ ottenuto l’immagine relativa a G2. Se per caso ci fosse, anche se a evento avvenuto, avremmo un’informazione in più sulla reale posizione di S. Se non ci fosse, poco male. Possiamo, attraverso le formule di Einstein, calcolare quando e come arriverà l’immagine di G1 (quella che impiega più tempo).

Non dobbiamo fare altro che puntare il telescopio in un certo punto e aspettare che arrivi l’ora X. Se i calcolo sono stati fatti bene, assisteremo fin DALL’INIZIO all’intera esplosione.

Abbiamo previsto il futuro o -se preferite-  il passato si è ripetuto, avvertendoci di quando lo avrebbe fatto. Un playback cosmico che equivale a un viaggio nel passato (stiamo per assistere a qualcosa che è già avvenuto e che avremmo già potuto vedere) o a un ritorno di un evento passato nel futuro (l’evento passato si manifesterà di nuovo nel futuro e posso guardarlo nuovamente fin dal suo inizio). MERAVIGLIOSO!!!!

Tutto ciò è stato ottenuto in pratica, dopo che una supernova era stata vista esplodere l’anno scorso attraverso l’immagine ottenuta per mezzo di G. Un’osservazione che ci aveva regalato, come sempre, solo la seconda parte dell’evento. Ma c’era Einstein che stava lavorando dietro le quinte ed è bastato attendere circa un anno ed ecco che nel punto e nel momento giusto è stato rivisto l’intero evento. Proprio dopo 100 anni dalla nascita della teoria, essa ha permesso un’applicazione quasi incredibile.

La Fig. 11 mostra le immagini dell’aprile di quest’anno, in cui si vedono quattro immagini (croce di Einstein) create da una certa galassia lente, e di dicembre, quando al punto e al momento previsti si è accesa dal nulla la luce tanto attesa. In alto (aprile 2015) la croce di Einstein formata da S1, S2, S3 e S4 ha raggiunto il suo massimo splendore. Nella posizione Sx non si vede ancora niente. In basso (dicembre 2015), nella posizione Sx appare la supernova, mentre la croce di Einstein si è ormai quasi spenta. Anche se si è ottenuta una sola immagine di Sx, essa ha permesso di studiare i momenti iniziali dell’evento (e molte altre cose, come la reale distribuzione delle galassie e la loro massa).

E’ o non è una NOTIZIA che tutti dovrebbero conoscere, soprattutto in quanto giunge proprio alla scadenza del centesimo compleanno della Relatività Generale? Non è stato data dai media e dai falsi pseudo-divulgatori? Bene. Lo facciamo NOI. Forza amici, aiutatemi a divulgarla e a farla diventare la vera notizia scientifica dell’anno. E, voi, cari insegnanti fate una lezione a scuola su questo evento eccezionale e -magari- prendete spunto da questo semplice articolo per spiegare, con facili parole e figure, la teoria che permette di descrivere il macrocosmo.

Avete visto che non ho usato nessuna formula e che la logica dei vari processi è veramente alla portata di tutti. Se i bambini hanno imparato a usare la tecnologia moderna, a maggior ragione possono imparare a capire questa meravigliosa avventura cosmica. E saranno molto contenti di far parte della stessa razza di colui che ha “creato” questa teoria, confermata innumerevoli volte. Molto meglio sentirsi come lui che come tanti inutili e banali VIP, osannati dai media.

Forza ragazzi, solo tra voi potrà esserci un nuovo Einstein!!

Mi raccomando, chiunque legga queste righe, mi aiuti a divulgarle. Se troverà qualche difficoltà, me lo dica subito e cercherò di spiegare ancora meglio. Facciamoci tutti un grande REGALO DI NATALE.

GRAZIE!

Per favorire la divulgazione, potrebbe essere utile questa presentazione
http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2016/01/03/ppt-della-scoperta-dellanno/

(Per chi non ha powerpoint, QUI la presentazione è disponibile in pdf)

 

Quante volte vedremo la supernova (o qualunque altro oggetto celeste) se l'effetto lente è generato da un buco nero? Ne parliamo QUI

QUI una semplice spiegazione del ritardo di Shapiro, grazie al quale è stato possibile calcolare il maggior tempo impiegato dalla luce che ha regalato la visione "in diretta differita" della supernova

QUI e QUI una galassia e una stella lontanissime (la loro luce ha impiegato ben nove miliardi di anni luce per raggiungerci!) osservate grazie all'effetto lente: un risultato questo che, se già è stupefacente per una galassia, ha quasi del "miracoloso" per una piccola stella (più o meno come il nostro Sole) ed è stato reso possibile grazie al perfetto allineamento con un'altra stella, e alle capacità del caro "vecchio" Hubble Space Telescope.

QUI un blazar visto "in playback" grazie al ritardo della luce provocato dall'effetto lente

NEWS del 15/9/2021 - Nel 2037, grazie all'effetto lente, potremo avere una stima diretta dell'espansione dell'Universo

 

Dieci curiosità più o meno note sulla teoria della Relatività Generale, raccontate da Curiuss al "curiosissimo" micione Gualtiero: a partire dalla storia dell'imbianchino che l'avrebbe ispirata, fino all'eclissi di Sole del 1919 che servì a dimostrarla, passando dai giornali francesi che non ne diedero notizia perché... per non parlare poi della Prima Guerra Mondiale che la salvò!