Spazio-tempo terrestre


Spazio-tempo compresso attorno alla Terra

Ci sono voluti quasi cent’anni, ma alla fine la tecnologia ha dato ragione ad Albert Einstein quando, 36enne, nel 1915 formulò la Teoria della relatività generale. Si è cioè verificato che la gravità terrestre crea attorno al nostro pianeta una deformazione spazio-temporale. In pratica la forza di gravità (che un razzo riesce a vincere solo superando i 40.680 km orari) curva lo spazio attorno alla Terra che la Terra, girando, trascina con sé (effetto frame-dragging o gravitomagnetismo) (vedi grafica della Nasa).

Il fisico tedesco stupì il mondo sostenendo per la prima volta che spazio e tempo non vanno più considerati come entità separate tra loro, ma parte dell’unica unità spazio-tempo in 4 dimensioni. Per far capire il concetto ai comuni mortali, Einstein fece l’esempio dei due gemelli: se uno lo facciamo viaggiare nello spazio quasi alla velocità della luce (300.000 km al secondo) e l’altro resta sulla Terra ad aspettarlo, quando il primo tornerà da un viaggio che per lui è durato un anno, suo fratello lo vedrà invece invecchiato di 9 anni: perché il tempo si dilata in prossimità della velocità della luce. Ma la Teoria della relatività generale sostenne anche per la prima volta che qualsiasi corpo non è solo composto da massa, ma anche da energia; e che la massa può trasformarsi in energia e l’energia in massa: quando si attiva la trasformazione si ottiene un’energia elevatissima, pari a 90 milioni di miliardi di volte la massa (nella fissione nucleare).

Einstein poi intuì che i principi della fisica valgono sia per i campi gravitazionali sia per quelli elettromagnetici. E sostenne che lo spazio-tempo non è piatto, ma curvo. In questa realtà distorta non vale la geometria euclidea: due rette parallele, per esempio, finiranno per incontrarsi e la somma degli angoli del triangolo non sarà 180 gradi. Studi seguenti hanno dimostrato che fino alla distanza Terra-Sole non si percepisce questa curvatura dello spazio-tempo, avvertita invece per distanze più grandi. Tuttavia anche nello spazio, così come avviene sulla superficie terrestre, la linea che separa 2 punti viene percepita piatta per distanze brevi e invece curva per distanze lunghe. Si è poi stabilito che i movimenti nello spazio avvengono naturalmente seguendo le traiettorie più brevi e che la presenza di masse nel cosmo determina campi gravitazionali che fanno cambiare le velocità delle traiettorie stesse stabilendo soprattutto la curvatura dello spazio-tempo. Dove più forte è il campo di gravità, il tempo scorre più lentamente.

La teoria conseguente dei buchi neri dice che, se un corpo celeste è abbastanza grande da attrarre liberamente gli atomi, si ha il collasso gravitazionale. Quando una stella che sta esaurendo l’idrogeno (il suo combustibile), raffreddandosi riduce il proprio volume e la sua forza di gravità, attira i protoni che, compattandosi con gli elettroni, formano una massa composta di soli neutroni. A quel punto quando tutta la materia della stella viene risucchiata nel suo nucleo (quello del Sole ha un diametro di 6 km, il nucleo della Terra è di soli 1,8 centimetri), il campo gravitazionale assume una tale forza da curvare lo spazio- tempo tanto che quel nucleo non rifletterà più la luce: si avrà un buco nero che nel caso del Sole sarà largo 6 km. L’esistenza dei buchi neri (ovviamente invisibili) è percepibile per le attrazioni gravitazionali che determinano nei corpi celesti vicini. In ogni caso, secondo la teoria quantistica, è possibile che i buchi neri non siano completamente non-riflettenti e che quindi contengano un tunnel dentro cui è possibile entrare nello spazio-tempo, passando forse in un altro universo.

I risultati dell’esperimento

Per la Nasa il più lungo mai fatto

Il 3 giugno 2011 la rivista scientifica Physical Review Letters ha pubblicato la ricerca compiuta da una trentina di fisici di diversi Paesi utilizzando il satellite Gravity Probe-B lanciato dalla Nasa nel 2004 in orbita polare a 643 km di altezza sopra la Terra. Dopo 31 anni di ricerche tecnologiche, 10 di preparativi per l’esperimento nello spazio, un anno e mezzo di missione orbitale e 5 di analisi dei dati raccolti dal satellite, i risultati danno ragione alla Teoria generale della relatività di Einstein. Per capire se la gravità terrestre crea davvero una deformazione spazio-temporale attorno al pianeta, sono stati impiegati 4 giroscopi (le sfere più perfette mai costruite, realizzate in quarzo e silicio e grandi come palline da ping pong) tenuti dentro un termos di 613 litri di elio a 235 gradi sottozero. Il risultato è stato decisamente eccezionale: i giroscopi hanno infatti misurato un vortice-spazio temporale attorno alla Terra, come prevedeva Einstein. In pratica la gravità del nostro pianeta crea attorno alla Terra una deformazione spazio-temporale che va da 6,6 a 1,8 secondi diarco all’anno (nel disegno l’effetto che la Terra produce sul circostante spazio-tempo).

Si tratta di uno spazio-tempo distorto spiega Francis Everitt della Stanford University annunciando lo storico evento. E il presidente del progetto Gravity Probe-B della Nasa (costato 522 milioni di euro), Will Clifford (docente di Scienze Spaziali al Dipartimento di Fisica della Washington University) parla di Scoperta che induce gli scienziati a continuare le ricerche e apre anche le porte al mistero.

Il fisico italiano Ignazio Ciufolini dell’Università del Salento, ha dichiarato che entro il 2011 l’Agenzia Spaziale Italiana manderà in orbita il satellite Lares che darà risultati ancora più precisi, riducendo dal 10 all’1% il margine di errore di alcune di queste misurazioni del gravitomagnetismo. (in foto Will Clifford).

Annunci

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...