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La curiosità del mese

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La più grande cantonata di Einstein... O no?

La curiosità del mese di maggio 2010 a cura di Gabriele Ghisellini


Fig. 1 - Albert Einstein nel 1921, all’età di 42 anni.
Fig. 1 - Albert Einstein nel 1921, all’età di 42 anni.

Il 36enne Albert Einstein, nel 1915, pubblicava la sua teoria della relatività generale.
Era già famoso, dopo aver passato vari anni della sua vita a lavorare all’Ufficio brevetti di Berna di giorno, e a sconvolgere la fisica classica nel tempo libero (che non era molto, visto che doveva lavorare 8 ore al giorno per 6 giorni alla settimana...).
La sua nuova teoria soppiantava la teoria di Newton sulla gravità, e cambiava per la seconda volta (dopo la teoria della relatività speciale di 10 anni prima) la nostra concezione dello spazio e del tempo.
Le sue equazioni dicevano (e dicono tuttora) come lo spazio deve obbedire alla materia, incurvandosi, e come la materia deve muoversi nello spazio.
Poco più tardi, nel 1917, Einstein stava cercando di spiegare, con le sue nuove equazioni, nientemeno che l’Universo stesso.
Come stanno insieme le galassie? A quale forza di attrazione, dovuta alla gravità, devono soggiacere? E possono muoversi o devono rimanere ferme? E come è fatto lo spazio tra le galassie?

Quasi cent’anni più tardi la risposta sembra ovvia: c’è stato il Big Bang, l’Universo si sta espandendo...
Ma allora si stava giusto cominciando a discutere se esistevano altre galassie al di fuori della nostra...
Dobbiamo così apprezzare l’enorme importanza anche solo di farsi queste domande, indipendentemente dalla risposta.

Armato di comune carta e matita, ma di materiale cerebrale eccezionale, Einstein giunse ad una prima risposta.
Le galassie non potevano rimanere ferme. Potevano allontanarsi l’una dall’altra o avvicinarsi, ma non rimanere ferme.
Incredibile, direte voi: aveva scoperto l’espansione dell’Universo! 12 anni prima che si avesse la prima prova!

Fig. 2 - Einstein, sotto lo sguardo di Edwin Hubble, controlla che l’Universo si stia espandendo sul serio...
Fig. 2 - Einstein, sotto lo sguardo di Edwin Hubble, controlla che l’Universo si stia espandendo sul serio...

Infatti fu solo nel 1929 che Edwin Hubble scoprì che le galassie si allontanano l’una dall’altra. (vedi curiosità di gennaio 2009 L’inizio del tempo).
E invece lo stupito Einstein non era per niente contento. Fu assalito dal dubbio che nelle sue equazioni ci fosse qualcosa di sbagliato.
Com’era possibile pensare ad un Universo che cambia? Non poteva sopportarlo. Nessun poteva, in quegli anni.
Tutti erano convinti che l’Universo per definizione dovesse essere immutabile. Migliaia di anni di sedimenti culturali pesavano sulla mente di Einstein, spingendo la sconvolgente novità sempre più in basso.
Non poteva accettare che l’Universo cambiasse, ma non poteva neanche accettare l’idea che la sua costruzione intellettuale più straordinaria fosse sbagliata. Che fare?

La soluzione fu una specie di trucco lecito: invece di accettare la soluzione più semplice che le sue equazioni gli offrivano, decise di accettare la soluzioni, di poco più complicata, dove compariva un termine, una innocente costante, che lui chiamò con la lettera lambda (λ).
Piccola cosa permessa dalla matematica, ma dal grande effetto di cambiare un Universo in moto in uno fermo.
Corrisponde ad una proprietà dello spazio, qualcosa di misterioso, come se lo spazio stesso fosse una specie di molla che spinge, contrapponendosi alla gravità. La relatività generale è salva, l’immobilità dell’Universo è salva, si disse Einstein.
Lo possiamo immaginare affannato ma felice, seduto ad un tavolo che guarda compiaciuto la sua λ salvatrice appena comparsa sul foglio pieno di equazioni...

12 anni più tardi invece, un pugile professionista mancato, Edwin Hubble, scriveva su altro foglio di carta le distanze e le velocità di alcune galassie che erano state appena osservate da lui stesso...
E c’era una regolarità: le galassie più distanti si muovevano più velocemente lontano da noi.
A raccontarla così forse non si capisce la posta in gioco e l’eccitazione nella testa di Hubble. In fondo anche noi qualche volta guardiamo dei pezzi di carta con dei numeri che mostrano una regolarità, per esempio il nostro conto in banca che inesorabilmente diminuisce nel tempo... E siamo si’ presi da un brivido, ma di tristezza...
Invece le due file di numerelli che Hubble aveva davanti mostravano che l’Universo si stava espandendo. Altro che immobile...

Einstein si rese conto del treno perduto. Avrebbe potuto essere lui lo scopritore dell’espansione dell’Universo, se solo avesse dato più credito alla soluzione più semplice delle sue equazioni. E allora disse, riguardando la sua λ: sei la mia più grossa cantonata!

E questa era la storia fino al 1979.

Fig. 3 - Un giovane Alan Guth. Sua l’intuizione che l’Universo appena nato ha attraversato un periodo di super-espansione.
Fig. 3 - Un giovane Alan Guth. Sua l’intuizione che l’Universo appena nato ha attraversato un periodo di super-espansione.

In quell’anno un 32enne fisico americano, Alan Guth, dopo aver assistito ad un seminario sul Big Bang, se ne andò a casa, cominciò a scrivere equazioni e idee su un block notes, seduto in poltrona, e vi rimase tutta la notte.
In quelle ore resuscitò λ dalla sua tomba, e le diede nuova gloria...
Poi, la mattina, corse in ufficio per annunciare la sua nuova scoperta e la resurrezione di λ.
Secondo Alan Guth, l’Universo appena nato aveva avuto una fase di crescita parossistica, una super-espansione molto, ma molto più veloce di quello che avviene oggi.
E poi, dopo un battito di ciglia, l’Universo aveva ripreso il suo ritmo normale.
E come facciamo ad essere sicuri che è andata proprio così?
Beh, come al solito: la teoria fa delle predizioni, e se le sbaglia allora abbandoniamo la teoria senza rimpianti, mentre se le imbrocca... E in anni recenti si sono avute conferme spettacolari dell’idea di Guth...
E così la bistrattata λ è tornata in vita... Perché è lei la responsabile della super-espansione... Come una molla compressa che scatta quando togliamo la sicura.

Fig. 4 - Saul Perlmutter. Era a capo di uno dei gruppi che hanno scoperto che l’Universo sta accelerando. Nato nel 1959, all’epoca della scoperta aveva 39 anni.
Fig. 4 - Saul Perlmutter. Era a capo di uno dei gruppi che hanno scoperto che l’Universo sta accelerando. Nato nel 1959, all’epoca della scoperta aveva 39 anni.

Ma non è finita qui.
C’è un’altra data da ricorda nella nostra storia. È il 1998.
Allora ben due gruppi di ricerca erano impegnati a scoprire supernovae (vedi curiosità di gennaio 2010 Fari nel buio).
La posta in gioco era grande. Con queste misure si voleva sapere se l’Universo si sarebbe espanso per sempre, seppur frenando un po’, oppure se si sarebbe fermato, per invertire il suo moto, per finire in un grande scontro finale, un Big bang al contrario (e infatti è stato chiamato Big Crunch).
Nessuno si aspettava che l’Universo, invece di rallentare la sua corsa, mostrasse segni di accelerazione! Oggi, dopo un po’ di anni, ne siamo un po’ più sicuri: l’Universo accelera! C’è qualcosa che è più forte della gravità (che tenderebbe a frenare), che spinge, invece di tirare... E ancora una volta guardiamo alla piccola λ: sarà lei la responsabile? Che vuole la sua grande rivincita?

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