Dalla mela di Newton alla teoria della relatività di Einstein. Ecco da dove arriva il concetto di gravità, una delle quattro forze fondamentali dell’universo.
Quando parliamo di gravità pensiamo subito a una forza. D’altronde a scuola ci hanno sempre detto che la Terra “esercita un’attrazione sugli oggetti, che deriva dalla sua massa e dalla distanza”. Una forza attrattiva, dunque, che Newton comprese quando una mela gli cadde in testa. Ma siamo proprio sicuri che la gravità sia una forza? Cerchiamo di fare chiarezza, andando a ritroso nel tempo fino ai primissimi istanti dell’universo.
Quando vi raccontiamo del Big Bang, ad esempio, una delle cose che torna sempre è che la gravità era già presente fin dai primissimi istanti. In realtà le quattro forze fondamentali dell’universo (gravità, nucleare forte, nucleare debole ed elettromagnetica) si separarono per (siamo sempre nel campo della teoria) le oscillazioni di diverse forme di campi di Higgs. Le altissime temperature dei primissimi istanti dopo il Big Bang separarono la gravità dalle forze più intense, contemporaneamente all’inflazione (di cui abbiamo parlato qui). Con il successivo raffreddamento dell’universo le forze fondamentali si “congelarono”, rimanendo separate fino ai giorni nostri. Ma torniamo alla mela di Isaac Newton.
Da Newton ad Einstein
Che la mela caduta dall’albero abbia portato Newton a formulare la legge di gravitazione universale lo sappiamo tutti. Meno noto è il fatto che già Galileo avesse usato la parola “gravità” nelle sue opere, ed in particolare nel “Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo”, associandola alla causa del movimento della Terra, dei pianeti e delle stelle. La teoria vera e propria, però, venne formulata da Newton: la forza di attrazione gravitazionale fra due corpi è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li divide.
Il problema è che per Newton il tempo scorre nello stesso modo, a prescindere dalla collocazione spaziale dei corpi. Come direbbe Doc in “Ritorno al Futuro”, “non state pensando quadrimensionalmente”! Ed è qui che entra in gioco Einstein. Nel tempo i progressi scientifici portarono alla formulazione del concetto di elettromagnetismo di Maxwell, ma vennero fuori incongruenze con le previsioni della meccanica newtoniana. Einstein capì che lo spazio e il tempo sono un’unica entità, come un telo su cui vengono poste delle palle da bowling (foto).
Tanto maggiore è la densità del corpo celeste, maggiore sarà il campo gravitazionale che agisce sull’osservatore, quindi maggiore la deformazione dello spazio-tempo. Eccola, la gravità. Va ricordato che scorrerà anche più lento il tempo per l’orologio dell’osservatore. Nella nostra quotidianità gli effetti della relatività sono trascurabili, ma ci sono oggetti cosmici (come buchi neri e stelle di neutroni) che deformano lo spazio-tempo in modo così pronunciato che un’orbita di qualche mese intorno ad essi equivarrebbe a migliaia di anni sulla Terra. Ricordate “Interstellar”?
Riferimenti:
