Il nostro non è l’unico universo. Anzi, la teoria predice che un gran numero di universi sia stato creato dal nulla. La loro creazione non richiede l’intervento di un essere soprannaturale o di un dio, in quanto questi molteplici universi derivano in modo naturale dalla legge fisica: sono una predizione della scienza. Stephen Hawking e Leonard Mlodinow, Il grande disegno
Albert Einstein riteneva che l’idea più
felice della sua vita fosse quella che
gli balenò in mente nel 1907, mentre, seduto alla sua scrivania nell’ufficio brevetti di Berna, fantasticava su una persona che
cadeva dal tetto di una casa. L’idea, così come
la sintetizzò lo stesso Einstein alcuni anni più
tardi, era questa: per un osservatore che cade in un campo gravitazionale non c’è nessun
campo gravitazionale (almeno nelle sue immediate vicinanze e se si trascura la resistenza dell’aria).
La cosa può sembrare vagamente contraddittoria, ma in realtà è una diretta conseguenza di un fenomeno che era già ben noto dai
tempi di Galileo: corpi di masse e materiali diversi cadono nello stesso campo gravitazionale con la medesima accelerazione. Secondo la
leggenda, il fisico italiano verificò la cosa gettando una sfera di legno e una di metallo dalla Torre di Pisa.
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Ritratto di Galileo di Justus Sustermans (Uffizi)
Nel 1971 il comandante della missione Apollo 15, David Scott, ripeté l’esperimento in modo spettacolare sulla superficie lunare: in assenza di resistenza dell’aria, un martello di
alluminio e una piuma, lasciati cadere simultaneamente, toccarono il suolo nello stesso
momento.
Il genio di Einstein ricavò da questo fatto, rimasto per secoli sotto gli occhi di tutti,
un’importante intuizione, che lo mise sulla
strada giusta per formulare la sua teoria generale della relatività. Se ogni massa cade in un
campo gravitazionale con la stessa accelerazione, un osservatore che si trovi in un sistema di riferimento in caduta libera non può accorgersi in modo oggettivo della presenza del
campo gravitazionale, e può a buon diritto ritenersi in quiete in un sistema senza gravità.
Gli effetti della gravità possono dunque essere annullati attraverso la scelta del sistema di
riferimento.
Ma c’è di più. Di fatto un sistema in accelerazione è, localmente, indistinguibile da un
campo gravitazionale, e viceversa.
Questo cosiddetto «principio di equivalenza» è il caposaldo della teoria della gravitazione einsteiniana. Dietro il principio di equivalenza c’è però qualcosa di profondo, e per certi
versi misterioso, ovvero l’uguaglianza tra due
diverse proprietà fisiche, la massa inerziale (che quantifica la resistenza dei corpi a essere accelerati) e la massa gravitazionale (che
quantifica il modo in cui essi risentono degli effetti della gravità).
Queste due quantità,
che in linea di principio sono totalmente indipendenti, risultano alla prova dei fatti essere
identiche. Gli esperimenti che hanno cercato
differenze tra la massa inerziale e la massa gravitazionale non le hanno finora mai trovate,
pur essendo diventati sempre più precisi con
il passare del tempo.
Attualmente, il record di precisione spetta
all’esperimento Microscope, un satellite messo in orbita nel 2016 dal CNES francese, i cui
risultati finali sono stati pubblicati nel settembre scorso sulla rivista «Physical Review Letters», a firma di Pierre Touboul e colleghi, e in
ottobre in vari articoli apparsi su un numero
speciale della rivista «Classical and Quantum
Gravity».
Microscope ha cercato differenze nell’accelerazione con cui due cilindri di masse e materiali diversi cadono nel campo gravitazionale
terrestre, escludendole con una precisione di
una parte su 10esp15 (cioè una parte su un milione di miliardi).
Ci vorranno almeno dieci anni prima che
nuovi esperimenti possano provare a fare di
meglio, cercando eventuali violazioni ancora
più piccole del principio di equivalenza. Per
il momento, quindi, le fondamenta della teoria generale della relatività restano più solide
che mai.
Il satellite Microscope (MICROSatellite à traînée Compensée pour
l’Observation du Principe d’Equivalence)
aveva come obiettivo principale la verifica
del principio di equivalenza,
con una precisione 100 volte migliore
di quella ottenuta dagli esperimenti
condotti a terra.
Amedeo Balbi - Le scienze.it - 30 gennaio 2023
