Il cosmo di Einstein
A scuola in matematica ero «negato». Lettore adulto di cultura umanistica, la distanza dalla scientifica l’ho sentita come dissidio intellettuale. Davanti alla fisica teorica l’abisso era tale che mi sono arreso all’ignoranza. Della teoria della relatività di Einstein, uno dei capisaldi della cultura del XX secolo, della sfida dei quanti sapevo come la loro influenza si fosse estesa ben oltre i confini della fisica: alle avanguardie storiche dell’arte, della letteratura, della musica, alla filosofia, persino al pensiero politico e sociale del primo Novecento. Qui, stante che di qualcuna di queste scienze umanistiche mi ritengo connaisseur, la non conoscenza elementare della matematica l’ho patita di più.
«Tutte le teorie fisiche, a dispetto della loro espressione matematica, dovrebbero prestarsi a una descrizione tanto semplice da poter essere compresa anche da un bambino» ha detto Einstein. Cionondimeno la divulgazione della relatività generale, questa affascinante scoperta della struttura dell’universo, la più rivoluzionaria dopo quella di Copernico e Galilei, sconta ancora troppa formulazione matematica per i profani da un verso, troppa banalizzazione dall’altro.
Come la visione di Einstein abbia trasformato la nostra comprensione dello spazio e del tempo lo spiega ora, con la scienza e la limpidezza di chi sapendo bene le cose ne sa comunicare l’essenza il fisico teorico nippo-americano Michio Kaku dell’Università di Princeton in un saggio (Il cosmo di Einstein) uscito in originale nel 2005, poi tradotto in Italia d Codice edizioni e in ultimo allegato alla rivista Le Scienze (marzo 2016) in occasione del centenario della pubblicazione della teoria della relatività generale sugli Annalen der Physik un secolo fa. Fu Isaac Newton – Kaku racconta – a spiegare il moto degli oggetti sulla Terra e nei cieli e fu James Clerk Maxwell a spiegare le misteriose forze dell’elettricità e del magnetismo. Prima di loro «molti credevano che i nostri destini fossero determinati dai malefici disegni di spiriti e demoni (…). La meccanica di Newton fondata sulla forza non era solo una mera questione accademica, perché contribuì a gettare le fondamenta della Rivoluzione industriale, in cui la potenza dei motori a vapore in grado di azionare potenti locomotive e navi creò nuovi imperi» – da lì sono nati, si può aggiungere il capitalismo moderno, il globalismo planetario.
La teoria dei campi di Maxwell, a sua volta, rivelò che «deve esserci un campo magnetico, un’invisibile schiera di linee di forza che penetrano l’intero spazio (…) i campi di luce viaggiano a velocità definita (…), c’è una velocità della luce». Le idee già moderne della fisica di Newton e Maxwell si fondavano – Kaku illustra – «sulla nozione di buon senso dello spazio e del tempo assoluti». L’esito dell’intuizione della ricerca scientifica di Einstein fu che la luce è l’entità della natura più veloce che c’è, «il suo sogno ad occhi aperti di correre al fianco di un raggio di luce». L’essenza della teoria della relatività ristretta è che «il tempo può scorrere a un andamento diverso nell’universo, a seconda della velocità con cui ci si muove», non può essere definito in assoluto, «esiste una relazione inseparabile fra il tempo e la velocità dei segnali».
Questo significava che l’energia del moto veniva trasformata in modo da aumentare la massa dell’oggetto, che «la materia e l’energia sono intercambiabili»: la scoperta della fisica espressa, accessibile alla comprensione anche di quanti siano «digiuni» di cultura matematica, nella celebre formula E=mc2. Rammenta Kaku che Banesh Hoffman, ex-studente del fisico tedesco, scrisse: «Immaginate l’audacia di un simile passo (…). Ogni zolla di terra, piuma, granello di polvere che diventa un serbatoio prodigioso di energia inutilizzata». La concezione della relatività ristretta aveva rivelato lo spaziotempo, la struttura quadrimensionale del cosmo – lunghezza, larghezza, profondità, ora anche il tempo –, lo scenario nel quale si svolgono i fenomeni fisici.
Consapevoli che ne fossero o no, le creazioni umanistiche di avanguardia del primo Novecento furono informate dall’aura delle scoperte della fisica, la relatività ristretta di Einstein, i quanti di energia della termodinamica di Planck.
Einstein non era ancora soddisfatto. La relativa ristretta poteva spiegare un mondo inerte, ma «nella natura ogni cosa si trova in uno stato di costante accelerazione: il sobbalzare dei treni, la caduta a zig-zag delle foglie, la rotazione della Terra intorno al Sole, il moto dei corpi celesti». La relatività ristretta non spiegava le accelerazioni, soprattutto non spiegava la gravità. Einstein capiva di dover revisionare le equazioni di Newton per incorporarvi l’estrema velocità della luce. Michio Kaku divulga il cuore della relatività generale con un esempio: «se ci trovassimo in ascensore e i cavi si spezzassero all’improvviso, saremmo in caduta libera; precipiteremmo alla stessa velocità dell’ascensore, ci sembrerebbe di essere senza peso, di precipitare nell’aria». È il principio di equivalenza, per cui tutte le masse cadono alla stessa velocità sotto l’effetto della gravità (più precisamente «la massa inerziale è la stessa della massa gravitazionale»): «le leggi della fisica in un sistema di accelerazione o in un sistema gravitazionale sono indistinguibili».
Einstein spiegò che la prima conseguenza del principio è il fatto che in presenza della gravità la luce deve piegarsi: fu l’osservazione chiave che lo mise sulla strada della curvatura dello spazio-tempo. «La Terra viene deviata intorno al Sole perché viene spinta dalla curvatura dello spazio stesso. In un certo senso, non è la gravità a tirare, ma lo spazio a spingere». Dopo la rivoluzione di Copernico – la Terra gira attorno al Sole – Albert Einstein aveva scoperto la relatività generale, una nuova legge del Cosmo che permetteva di interpretare fenomeni astrofisici fino allora inspiegata, di dar corso alla successiva ipotesi dell’Inizio dell’universo, il Big Bang, i buchi neri.
Michio Kaku ci regala uno dei più bei ritratti della personalità e del pensiero del celebre scienziato tedesco, genio indiscusso, appassionato pacifista, bohémien di profonda umanità.
* M. Kaku, Il cosmo di Einstein, Torino, Codice edizioni, 2016, pp. 190, euro 15,00.
