Un secolo di relatività… sperimentale!

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29 maggio 2019

di Emiliano Ricci

Composizione digitale di 22 immagini dell’eclissi di Sole dell’11 agosto 1999 (Science Photo Library / AGF) 

Il 29 maggio 1919 la teoria generale della relatività di Albert Einstein ottenne la sua prima conferma sperimentale grazie a un’eclissi totale di SoleLa guerra, si sa, non rende mai agevoli le comunicazioni, soprattutto se ci si trova su fronti contrapposti, a combattere gli uni contro gli altri. E nel 1915, anno in cui il tedesco Albert Einstein presentò all’Accademia prussiana delle scienze la sua teoria della relatività generale, l’Impero tedesco e l’Impero britannico (come si chiamavano allora) erano impegnati – assieme a gran parte dei paesi europei – nel tentativo di annientarsi reciprocamente, piuttosto che a scambiarsi informazioni scientifiche. Pubblicata in tedesco, su una rivista tedesca, la nuova teoria della gravità non trovò inizialmente una grande diffusione, né fra gli scienziati né, tantomeno, fra il pubblico.

Fortuna volle che i Paesi Bassi, durante un conflitto che stava devastando l’intero continente, fossero rimasti neutrali. All’epoca, all’Università di Leida, prestigiosa istituzione olandese, era professore un certo Willem de Sitter, matematico e fisico, diventato più tardi noto per i suoi studi di cosmologia (proprio grazie all’applicazione della teoria della relatività generale). Arrivatagli notizia della teoria di Einstein, de Sitter – scienziato illuminato – ne comprese presto l’importanza e decise di divulgarne i contenuti principali scrivendo alcuni articoli in lingua inglese.

Fu proprio grazie a questo passaggio in una terra neutrale che la teoria della relatività poté varcare il canale della Manica e arrivare in Inghilterra, dove trovò subito un sostenitore entusiasta: l’astrofisico Arthur Stanley Eddington, già titolare delle cattedre di astronomia teorica e sperimentale a Cambridge. È curioso pensare che Eddington iniziò ad apprezzare il lavoro di Einstein, ancora prima che per la rilevanza in fisica, per l’eleganza dell’elaborazione matematica. Fatto è che, grazie a questa sua immediata attenzione nei confronti della nuova teoria della gravità, quest’ultima trovò modo di diffondersi anche nei paesi anglosassoni, in particolare proprio per un celebre articolo scritto da Eddington stesso, dal titolo Report on the Relativity Theory of Gravitation, pubblicato nel 1920 dalla Physical Society of London.

Sir Arthur Stanley Eddington (1882-1944)

Eddington, a quel punto, non era più solo affascinato dalla “bellezza matematica” della teoria di Einstein, ma aveva potuto saggiarla sul campo, mettendola direttamente alla prova dei fatti. L’anno prima, quindi nel 1919, era riuscito a farsi finanziare dalla Royal Society e dalla Royal Astronomical Society una costosa missione scientifica volta proprio a dimostrare per la prima volta sperimentalmente la validità della teoria di Einstein. A convincere le due prestigiose istituzioni britanniche fu ancora uno scritto di Eddington, che nel 1918 – a guerra ancora in corso, quindi in condizioni di grande difficoltà anche economica del paese, impegnato nello sforzo bellico – arrivò a tessere le lodi di una teoria formulata da un tedesco (quindi tecnicamente un nemico) scrivendo una relazione per diffonderla fra i suoi colleghi britannici ed esaltando proprio la bellezza della “potenza insita nel ragionamento matematico”, come scrisse nella prefazione.

E siamo quindi al 1919, il 29 maggio, per la precisione. Un secolo fa esatto. La missione scientifica richiesta da Eddington riguardava l’osservazione dell’eclissi totale di Sole che si verificò proprio in quella data. Lo scopo dichiarato era effettuare misurazioni che avrebbero permesso di valutare le previsioni della teoria di Einstein relativamente alla deflessione dei raggi di luce a opera del campo gravitazionale. L’idea era misurare le posizioni apparenti di alcune stelle di sfondo in prossimità del disco solare occultato dalla Luna e di confrontarle con le rispettive posizioni assunte a distanza di alcuni mesi, quando quelle stesse stelle si trovano angolarmente più distanti dal Sole e possono pertanto essere osservate di notte. Quell’eclissi si verificava in condizioni particolarmente favorevoli da questo punto di vista: il campo stellare da osservare era quello dell’ammasso delle Iadi, nella costellazione del Toro, composto da stelle piuttosto luminose e facilmente riconoscibili.

Per inciso, la deflessione della luce è anche all’origine del fenomeno delle lenti gravitazionali: quando lungo la linea di vista fra noi e una sorgente lontana si trova una galassia o anche un ammasso di galassie, la luce della sorgente lontana viene deflessa più o meno intensamente proprio a causa della presenza di quella grande massa. Il risultato è che la sorgente lontana (un quasar, una galassia e così via) viene osservata deformata e talvolta addirittura moltiplicata. La lente gravitazionale – appunto la massa della galassia o dell’ammasso di galassie lungo la linea di vista – può deflettere in maniera diversa la luce a seconda della distribuzione della sua massa, potendo produrre anche immagini multiple della stessa sorgente lontana.

Ma torniamo a Eddington e alla “sua” eclissi. Per tutelarsi da eventuali problemi logistici, meteorologici e altro, furono organizzate due spedizioni scientifiche, naturalmente in due località toccate dalla fascia di totalità dell’eclissi, che avrebbe attraversato l’Oceano Atlantico, dal Brasile all’Africa occidentale. Sotto il coordinamento complessivo di Eddington, la prima spedizione, guidata dall’astronomo Andrew Crommelin, dell’Osservatorio di Greenwich, ebbe come destinazione Sobral, nel nord del Brasile, l’altra l’isola Príncipe, al largo delle coste africane della Guinea, guidata dallo stesso Eddington. E, a posteriori, bisogna dire che l’idea di organizzare due spedizioni fu vincente. Le osservazioni di Eddington furono di bassa qualità, prevalentemente per motivi meteo, mentre da Sobral il gruppo di Crommelin osservò l’eclissi in condizioni ottimali.

Le misurazioni sulle lastre raccolte da più strumenti, rese difficoltose non solo dalla qualità delle immagini, che mostravano poche stelle riconoscibili, ma anche dall’entità della deflessione (inferiore a 2 secondi d’arco), portarono a risultati incerti affetti da errori piuttosto rilevanti, ma comunque compatibili con le previsioni di Einstein. E in ogni caso Eddington non si fece frenare dall’incoerenza di alcuni numeri: la conclusione delle necessarie elaborazioni fu che la teoria generale della relatività era confermata (e, verrebbe da dire, non poteva essere altrimenti).

L’annuncio che la teoria di Einstein aveva ricevuto la prima conferma sperimentale, dato il 6 novembre dello stesso anno nel corso di una riunione congiunta dei due enti finanziatori, Royal Society e Royal Astronomical Society, ebbe immediata e ampia eco non solo nella comunità scientifica, ma anche su quotidiani e riviste sia britanniche sia statunitensi, consegnando definitivamente l’ex oscuro impiegato dell’Ufficio brevetti di Berna alla fama mondiale.

Fu così che, nonostante le ampie e giustificate critiche portate da molti fisici di rilievo alle misurazioni realizzate da Eddington e collaboratori, la relatività generale prese il volo. Un successo più che meritato, certo, anche perché quella nuova e rivoluzionaria teoria della gravità, dopo quella prima verifica, è stata sottoposta a numerose altre verifiche sperimentali che hanno – almeno fino a oggi – confermato la sua validità, ma che, almeno in quel momento, fece affidamento più sul grande entusiasmo di Eddington nei confronti della teoria che sulla reale affidabilità dei dati raccolti durante quell’eclissi di un secolo fa.

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