Il grande Universo «relativo» di Einstein

Il 2005, anno mondiale della fisica, rilancia le teorie dello scienziato tedesco

La formulazione, nel 1905, della relatività ristretta da parte di Einstein, fornì, sì, una teoria scientifica rivelatasi poi solidamente fondata sui fatti, ma anche apriva una crepa nella teoria della gravitazione di Newton: secondo questa, la forza gravitazionale - tra i corpi celesti, ad esempio - si trasmetterebbe istantaneamente, mentre secondo la relatività nessuna informazione può essere trasmessa con velocità superiore a quella con cui viaggia la luce nel vuoto.
Dieci anni dopo, Einstein formulò un'ipotesi secondo cui la gravità, più che una forza, andrebbe interpretata come una distorsione dello spazio-tempo causata dagli oggetti con massa. Il loro moto nello spazio tridimensionale ordinario - non rettilineo a causa della forza gravitazionale (ad esempio, l'orbita dei pianeti attorno al Sole) - diventò per Einstein un moto rettilineo nello spazio-tempo. Per diventare una teoria scientifica (chiamata, poi, relatività generale), l'ipotesi avrebbe dovuto prevedere fenomeni nuovi e non spiegati dalla vecchia teoria. Einstein ne produsse tre: 1) una minuscola differenza tra l'orbita di Mercurio da egli calcolata secondo la nuova teoria rispetto a quella calcolata secondo la teoria di Newton; 2) la deviazione, nella prossimità della superficie solare, della traiettoria della luce dalle stelle; 3) la diminuzione della frequenza della luce proveniente dalle stelle. Questi fenomeni sono stati effettivamente, e più volte, osservati.
La teoria di Einstein fa altre previsioni che però non sono state ancora controllate. Un controllo che va fatto, anche perché esistono nella teoria aspetti oscuri che lasciano spazio a sviluppi inaspettati, incluse revisioni della teoria stessa: se qualcuna di quelle previsioni fosse sconfessata, l'esito potrebbe far luce sulla direzione verso cui muoversi per le revisioni.
Secondo la relatività generale, a causa della distorsione dello spazio-tempo causata dalla Terra, un giroscopio (una massa rotante ad alta velocità) in orbita polare attorno alla Terra, e a 600 km da essa, dopo un anno, dovrebbe ruotare il proprio asse di rotazione di circa 300 millesimi di grado (effetto geodetico). Inoltre, sempre secondo la teoria, quel giroscopio (come ogni massa rotante) si «trascina» attorno a sé lo spazio-tempo, effetto che comporta una rotazione dell'asse di altri 12 milionesimi di grado (effetto di trascinamento).
Grazie al satellite «Gravity Probe B», inviato alcuni mesi fa nello spazio, si stanno misurando entrambi gli effetti. Esso ruota ora su un'orbita polare coplanare con la posizione di una particolare stella sufficientemente brillante. Ha con sé un telescopio e 4 piccoli giroscopi ruotanti ad una velocità che è doppia di quella del motore di un'automobile. Millecinquecento litri di elio superfluido ne mantengono la temperatura, e per 2 anni, a 272 gradi sotto lo zero. La pressione è mantenuta a un centomillesimo di miliardesimo d'atmosfera: dopo 1000 anni i giroscopi starebbero ancora a ruotare. Per avere un'idea della perfezione della loro sfericità, basti pensare che se la Terra fosse altrettanto sferica, allora sarebbe di pochi metri appena la distanza tra la vetta dell'Everest e il fondo del mare più profondo.
Il telescopio deve misurare, nel tempo, la posizione apparente della stella lontana (essa cambia a causa del fenomeno noto come aberrazione); un altro strumento misura, nel tempo, l'orientazione dell'asse di rotazione dei giroscopi. La differenza relativa tra le due misure fornirà una misura degli effetti geodetico e di trascinamento. E ci dirà fin dove Einstein è nel giusto.
Questo 2005 è l'anno mondiale della fisica (il centenario della pubblicazione dei tre lavori magistrali di Albert Einstein), e nuove prospettive verranno aperte quando entro meno di due anni, si saranno conseguiti i risultati di questa missione. Di cui mi fa piacere sottolineare che anch'essa, come tutte le altre imprese spaziali che hanno valore scientifico, non richiederà la presenza di uomini nello spazio. Anzi, sarebbero stati di disturbo: il nostro posto è qui sulla Terra.