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Inseguendo un raggio di luce. Alla scoperta della teoria della relatività di Amedeo Balbi

Per generalizzare la teoria della relatività… non bisogna solo capire come trattare i sistemi di riferimento in accelerazione, ma anche come tenere conto della gravità

Amedeo Balbi, Inseguendo un raggio di luce

In questo saggio l’astrofisico e professore associato all’Università di Tor Vergata Amedeo Balbi accompagna progressivamente e in modo semplice alla conoscenza della relatività di Einstein.

Con un linguaggio per quanto possibile chiaro e divulgativo Balbi procede in modo logico e cronologico attraverso i cinque capitoli che partono da Galileo e si concludono con l’individuazione delle onde gravitazionali.

Non sono incluse nel testo le complesse formule matematiche degli addetti ai lavori; viene impiegato piuttosto un approccio discorsivo che, partendo da “esperimenti mentali” di einsteiniana memoria, gioca sul potenziale intuitivo di ciascuno, pur nell’esposizione di concetti che vanno spesso fortemente contro l’esperienza e il pensiero comune.

VIDEO: Presentazione del libro Inseguendo un raggio di luce da parte dell’autore

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La struttura del libro, la forma e i punti salienti

Come spiegato dall’autore, il titolo ha origine da un giovanile esperimento mentale di Einstein, il quale tentava di ipotizzare cosa sarebbe possibile vedere fiancheggiando un raggio di luce lungo il suo percorso.

Le scoperte che il grande fisico fece poi nel corso della propria vita e che in un certo senso mossero da questo e da altri interrogativi essenziali costarono di fatto anni di sforzi concettuali per essere rappresentati attraverso formule matematiche estremamente complesse; ad oggi la relatività di Einstein è stata ampiamente sperimentata e accettata dalla comunità scientifica sebbene la ricerca prosegua al fine di ricavare un quadro sempre più completo e coerente della realtà.

Nel corso del suo saggio Balbi guida il lettore attraverso le teorie della relatività ristretta (1905) e generale (1915) fino alle conseguenze della teoria di Einstein, ossia le singolarità dei buchi neri, la formazione, la struttura e l’evoluzione del nostro Universo e le recenti scoperte dell’esperimento LIGO riguardo alle onde gravitazionali.

Diagramma schematico di un interferometro laser tipo LIGO per l'individuazione delle onde gravitazionali
Diagramma schematico di un interferometro laser tipo LIGO per l’individuazione delle onde gravitazionali – Credito 1

Inframmezzate ai paragrafi Balbi pone le sue pause fantascientifiche in cui fa riferimento a libri, film o idee che non rientrano pienamente nell’ambito della scienza ma che spesso, come nel caso del film Interstellar di Christopher Nolan, affondano le loro radici in solide basi logico-scientifiche.

Nel caso di Interstellar queste basi sono state peraltro assicurate dalla puntuale consulenza di Kip Thorne, premio Nobel per la Fisica nel 2017 e uno dei massimi esperti di gravitazione.

Kip Thorne e Interstellar
Kip Thorne e Interstellar – Credito 2

Nella sua opera Balbi utilizza ampiamente esempi, similitudini e disegni di accessibile interpretazione. Sebbene si sia proposto di scrivere un libro rivolto al grande pubblico, le sue parole mantengono tuttavia un certo livello di complessità nel problematizzare e nel riportare con precisione ogni passo in avanti nella ricerca della materia in questione.

Gli appassionati potranno comunque riuscire a comprendere tutti i concetti esposti e troveranno un eccellente supporto nel seguitissimo canale YouTube dell’autore.

La relatività e i buchi neri

La relatività ristretta, ossia limitata ai sistemi di riferimento inerziali, si basa sull’idea di velocità della luce come costante.

Partendo dall’intuitiva relatività galileiana e dal conflitto che si originò fra questa e le equazioni di Maxwell, Balbi espone il principio di Einstein sulla relatività dello spaziotempo e il concetto per cui le leggi della fisica sono uguali in tutti i sistemi di riferimento inerziali.

La relatività generale si estende ai sistemi di riferimento accelerati, equivalenti ai sistemi di riferimento non accelerati che cadono in un campo gravitazionale.

L’idea di partenza si basa sul fatto per cui una persona che cade in un campo gravitazionale non avverte il proprio peso; da qui si arriva a quella che Einstein definì “l’idea più felice della mia vita“.

Le conseguenze sono di portata enorme e sconvolgono le prospettive della realtà esperite attraverso i soli sensi: il tempo scorre più lentamente vicino a una massa, la luce segue il percorso curvo dello spaziotempo, lo spazio si contrae.

Ci sono poi i buchi neri, oggetti in grado di curvare lo spaziotempo a livelli per cui la luce stessa viene deviata oltre l’orizzonte degli eventi senza poterne più uscire.

Rappresentazione semplificata della curvatura dello spaziotempo in presenza di una massa
Rappresentazione semplificata della curvatura dello spaziotempo in presenza di una massa – Credito 3

VIDEO: Amedeo Balbi illustra la recentissima scoperta del buco nero supermassiccio rilevato al centro della Via Lattea.

Il cosmo e le onde gravitazionali

La relatività ha notevolmente ampliato le conoscenze sulla formazione del nostro universo, sulla sua struttura e sulla sua possibile evoluzione.

Balbi dedica all’argomento un intero capitolo ricco di ipotesi e chiarimenti su forma e dimensioni dello spazio, sul Big Bang, sull’espansione dell’universo, sulla materia e l’energia oscure, sulla possibile fine del cosmo in base ai dati osservabili (non oltre i 93 miliardi di anni luce).

L’autore ci informa anche del fatto che, fino a quando non avremo una teoria completa della gravità quantistica (la ricerca di una vita per Stephen W. Hawking) non avremo gli strumenti per comprendere appieno l’origine dello spaziotempo.

Il saggio si conclude con la scoperta delle onde gravitazionali, a partire dalla loro ipotizzazione sino al loro storico rilevamento e alla realizzazione, prevista per il decennio 2030, di un interferometro spaziale, l’osservatorio LISA, che permetterà di aprire nuove prospettive di studio su sistemi binari di buchi neri e consentirà di captare il fondo di onde gravitazionali diffuse da eventi di grande portata, forse anche del Big Bang stesso.

Onde gravitazionali generate da un sistema binario. La distorsione dello spazio giace in un piano è ortogonale alla direzione di propagazione dell’onda
Onde gravitazionali generate da un sistema binario. La distorsione dello spazio giace in un piano ortogonale alla direzione di propagazione dell’onda – Credito 4

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Amedeo Balbi, Inseguendo un raggio di luce. Alla scoperta della teoria della relatività – Rizzoli, 2021

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Crediti immagini:

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