Il difficile universo di Einstein

Michio Kaku

Il Cosmo di Einstein

Codice Edizioni – Le Scienze – 2016

pp. 190, Euro 15.00

Sono passati cento anni dal 25 novembre 1915, da quando cioè Albert Einstein pubblicò l’equazione (di campo) alla base della teoria della relatività generale, rivoluzionando la fisica moderna. Non pochi divulgatori di professione si accingono a celebrare la ricorrenza descrivendo in poche pagine vita e pensiero di Einstein, accennando anche agli sviluppi scientifici originati attualmente dalle sue teorie. Rendere comprensibile al pubblico la teoria della relatività non è certo facile e l’impresa rappresenta una sfida che i più saggi ed esperti potrebbero anche non accettare: ancora nel 1927 solo poche persone al mondo erano in grado di comprendere le equazioni di Einstein e altre soluzioni a queste equazioni sono ancora oggetto di ricerca.

La tentazione è forte ma la fiducia in se stessi porta spesso a sopravvalutare le proprie capacità: anche Michio Kaku, un fisico teorico che ha contribuito ad elaborare la teoria delle stringhe, si impegna a raccontare la vita e il pensiero di Einstein inserendoli nella storia della fisica del primo novecento, alternando aspetti biografici, considerazioni pungenti dello stesso Einstein, tentativi di spiegazione scientifica. Ma se è facile presentare notizie sulla biografia del grande scienziato, sui suoi insuccessi scolastici, sul suo carattere e sul suo iniziale cattivo rapporto con la matematica diventa poi assai complesso far comprendere ad un pubblico inesperto il significato rivoluzionario delle sue teorie e la loro importanza per le concettualizzazioni della fisica moderna. Una fisica fondata su una matematica che lo stesso Einstein rimpiangeva di conoscere male è difficilmente spiegabile in termini semplici, e le trasformazioni matematiche applicate alle descrizioni di fenomeni fisici complessi non possono essere espresse nell’abituale linguaggio comune, caratterizzato da una semantica e da un sintassi sostanzialmente diverse da quelle della matematica. Se pure è possibile tradurre in parole il significato di una equazione apparentemente semplice come E=mc^2, che significa poi moltiplicare una massa per una velocità quadrata? Per avvicinarsi intuitivamente alle idee di Einstein si ricorre allora ad analogie di vario tipo, a tentativi di immaginazione, ad esempi che ormai, privati del loro significato specifico, sono diventati quasi dei luoghi comuni. Ma cosa immagina una persona di media cultura quando gli si chiede di inseguire un raggio di luce, viaggiando alla sua stessa velocità? Quali sensazioni proverebbe effettivamente precipitando in un ascensore ben chiuso? Riuscirà a intuire lo spazio-tempo esemplificandolo come un lenzuolo non ben teso, deformato da una pallina (una massa) che vi è appoggiata sopra?

Il testo è diviso in tre parti: nella prima, si sviluppa l’ immagine che portò Einstein a ragionare sulla contraddizione tra la teoria delle forze di Newton e la teoria dei campi e della luce di Maxwell. La seconda parte discute l’immagine dello spazio-tempo curvato dalle masse del Sole e dei pianeti, portando ad una concezione della gravità assolutamente rivoluzionaria; la terza parte è dedicata alla teoria del campo unificato, che Einstein non riuscì a formulare, dato che ai suoi tempi non si conosceva ancora nulla delle forze che governano il nucleo dell’atomo e le particelle sub-atomiche.

Nella prima parte, forse la più leggibile, Kaku riporta una fondamentale considerazione su un modo di concepire il tempo ben diverso da quello postulato da Newton: “Il tempo non può essere definito in assoluto, ed esiste una relazione inseparabile tra il tempo e la velocità dei segnali”. Fondandosi sui risultati di altri fisici del tempo ( le equazioni di Maxwell, le trasformazioni di Lorentz…) Einstein individuò nella velocità della luce una costante per tutti i sistemi inerziali e dimostrò che sarebbe stato impossibile superarla. Una conferma della teoria arrivò già nel 1919, in occasione di un’eclissi di Sole, quando l’astronomo Arthur Eddington riuscì a osservare come la luce di alcune stelle venisse deviata dalla curvatura dello spazio-tempo prodotta dalla massa del Sole.

Seguendo un percorso tanto concettuale che cronologico, Kaku mette in evidenza le incompatibilità tra le due più importanti teorie sviluppate in quel periodo: la relatività generale e la meccanica quantistica che regola il comportamento di onde e particelle su scale spaziali microscopiche. Ad un livello filosofico, il conflitto poneva le concezioni deterministiche in antagonismo con quelle probabilistiche. E’ interessante conoscere le posizioni degli scienziati dell’epoca, le loro elaborazioni matematiche ed i loro talvolta inaspettati cambiamenti di idea, anche se in così rapidi accenni non è facile cogliere il profondo significato, fisico e filosofico, delle loro discussioni.

Negli ultimi anni, dopo la morte di Einstein, alcune delle sue teorie stanno trovando interessantissimi sviluppi. Conferme della relatività generale erano già state offerte dalla cosmologia quando il radiotelescopio dei laboratori della Bell aveva raccolto segnali provenienti dalla radiazione cosmica del Big Bang. Già nel 1916 Einstein aveva predetto l’esistenza delle onde gravitazionali, individuate all’inizio del 2016 da parte degli scienziati di aLigo (quattro anni dopo la scoperta del bosone di Higgs) . Anche i buchi neri, di cui è stata verificata l’esistenza, erano in qualche modo previsti dalla stessa teoria. Sono state verificate le ipotesi di Einstein relative alla presenza di “energia oscura” , ed oggi sappiamo che questa rappresenta la più grande fonte di materia-energia dell’universo.

La speranza dei fisici di oggi è ancora quella che sosteneva le ricerche del secolo scorso: si riuscirà, un giorno, ad unificare le leggi della natura in un unicum semplice e coerente? Kaku ritiene che sia ancora presto per dirlo ma è convinto, come Einstein, che il principio creativo risieda nella matematica e che il pensiero puro abbia la capacità e la possibilità di afferrare e comprendere la realtà.