UNIVERSI MELLIFERI

Rappresentazione grafica dell'effetto geodetico

Un satellite in orbita dal 2004 dimostra che le teorie espresse da Albert Einstein erano corrette: la luce, in prossimità di un corpo pesante, devia in funzione della gravità. Ma non è la prima volta che si arriva a giustificare questa tesi. Il primo tentativo di dare un nome ai fenomeni spazio-temporali risale alla fine del Settecento. E non è ancora finita.

Gli scienziati che per primi misero in relazione la gravità newtoniana con la curvatura della luce, in prossimità di un oggetto massiccio, per esempio un pianeta, furono Henry Cavendish nel 1784 e Johann Georg von Soldner nel 1801; ma solo Albert Einstein fu in grado di calcolare il valore esatto di questo fenomeno. In particolare lo scienziato svizzero, con la sua teoria della Relatività, predisse due fenomeni: l'effetto geodetico, vale a dire l'“avvolgimento” dello spazio-tempo attorno a una massa gravitazionale, e l'effetto di trascinamento, frame-dragging, inerente l'interrelazione fra corpi in rotazione e alterazioni spazio-temporali. Oggi questi due fenomeni sono stati ufficialmente confermati dalla missione NASA Gravity Probe B, dopo sei anni di sperimentazione. «Immaginiamo la Terra come immersa nel miele», spiega Francis Everett, fisico della Stanford University. «Quando il pianeta ruota su se stesso, o si muove attorno al Sole, nel miele si formano dei vortici. Ebbene, questo miele conferma l'esistenza dello spazio-tempo». Per ottenere questi risultati sono stati utilizzati quattro giroscopi, montati su una sonda, puntati sulla stella IM Pegasi, nella costellazione di Pegaso. Oggetti di questo tipo consentono analisi ultra-precise; la loro sensibilità è, infatti, del milliarcosecondo, che corrisponde alla stima dello spessore di un foglio di carta osservato da una distanza di circa 160 chilometri. Concetto chiave dello studio: la gravità, ossia la più debole (ma non per questo meno importante) delle quattro forze fondamentali che regolano il creato. Secondo gli scienziati se la gravità non influisse sullo spazio-tempo, i giroscopi avrebbero puntato i loro occhi sempre nella stessa direzione, e invece s'è visto che gli strumenti sono in grado di misurare dei piccoli cambiamenti nella direzione delle loro rotazioni, provando che la gravità terrestre agisce sullo spazio-tempo. «Gravity Probe B ha confermato due delle più profonde previsioni di Einstein», prosegue Everett, «che hanno grandissime implicazioni in tutto il campo della ricerca astrofisica. Allo stesso modo, le innovazioni tecniche dietro questa missione lasciano una grande eredità, sia per quanto riguarda la Terra che lo spazio». Gravity Probe B (GP-B) è il nome di una missione effettuata con un satellite lanciato il 20 aprile 2004 con lo scopo di misurare la curvatura dello spazio-tempo in prossimità della Terra, e contemporaneamente il cosiddetto “tensore energia impulso”, legato alla distribuzione della materia nella spazio. L'idea risale al 1963, ma solo ora è stato possibile attuarla. La ricerca ha coinvolto 86 dottorandi della Stanford University, altri 14 provenienti da diversi atenei internazionali, centinaia di studenti di cinquantacinque high school, l’astronauta Sally Ride e il premio Nobel Eric Cornell.

Non è comunque la prima volta che si arriva a giustificare approfonditamente l'universo einsteniano. La prima prova risale al 1915, quando la teoria di Einstein fu in grado di prevedere con precisione l'entità della precessione del perielio di Mercurio; tenendo conto del fatto che, il punto in cui il primo pianeta del Sistema Solare passa più vicino alla nostra stella (detto, appunto, perielio), è ogni anno leggermente in anticipo. Prima si giustificava questo anticipo con la presumibile esistenza di un altro pianeta all'interno dell'orbita mercuriana. Poi, proprio grazie alla Relatività, s'è capito che i secondi d'arco che precedono secolarmente il cammino di Mercurio, sono il risultato della forza gravitazionale espressa dagli altri pianeti.

A un risultato analogo sono giunti gli esperti dell'Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario di Roma. In questo caso per spiegare la precessione relativistica di un'orbita, gli scienziati italiani hanno studiato il peregrinare nel cosmo di LAGEOS II, un satellite costruito alla fine degli anni Ottanta e lanciato nello spazio nel 1992. Sono così giunti a verificare che l'orbita di un corpo attorno a un altro non rimane fissa nel cosmo, come asserisce la meccanica classica, ma subisce uno spostamento continuo. Anche questa ricerca, dunque, prova che la relatività è corretta. In seguito s'è potuto accertare che la precessione di un satellite è dovuta alla somma di tre effetti. Il primo – analogo a quello emerso dal Gravity Probe B Project – è dovuto alla curvatura dello spazio-tempo prodotta dalla massa terrestre; il secondo è conseguenza della deformazione dello spazio-tempo provocata dal nostro pianeta; il terzo è causato da una deformazione dello spazio-tempo che si origina dal moto della Terra attorno al Sole. «L’analisi finale ha fornito una discrepanza con la predizione della relatività generale dello 0.2%», dichiarano gli scienziati italiani. «In altri termini la misura conferma la Relatività con una precisione del 99.8%».

A riprova delle teorie einsteniane si sono avuti interessanti risultati anche dalla sonda Cassini-Huygens, lanciata dal Centro Spaziale Kennedy il 15 ottobre 1997. Si è, infatti, riusciti a misurare con buona precisione la curvatura e il ritardo di onde elettromagnetiche nella vicinanza di grandi masse. A simili considerazioni, in realtà, s'era già giunti nel 1919, quando un team di studiosi della Royal Astronomy Society, fotografando delle stelle durante un'eclissi solare, dimostrò che gli astri risultano spostati rispetto alla loro corretta posizione. Il fenomeno spiega il motivo per cui la luce delle stelle in vicinanza del Sole, non procede più in linea retta ma, segue una curva di circa 1,7 secondi di arco, sfalsando la vera posizione stellare.