LE ONDE GRAVITAZIONALI SPIEGATE IN MANIERA SEMPLICE

C’era una volta, circa 1 miliardo e 300 milioni di anni fa, la Terra.  Si trovava in quello che gli scienziati oggi chiamano periodomesoproterozoico. Silenziosamente la vita si evolveva e questo è il momento dei cianobatteri e delle prime riproduzioni sessuali fra organismi unicellulari prima, pluricellulari poi. Nessuno, su questa Terra così giovane, può accorgersi di ciò che sta accadendo nel cosmo profondo. Due buchi neri, dopo una lunga danza uno attorno all’altro, stanno esaurendo la loro energia, non possono più stare lontani  e si avvicinano uno all’altro sempre di più, sempre di più fino, sempre più vicini fino  a quando, separati da poche centinaia di chilometri, iniziano a girare ad una velocità prossima a quella della luce (300.000 km/s circa). E’ questo il momento: le loro masse veloci disturbano lo spaziotempo proprio come l’acqua che bolle mette in agitazione la superficie di una pentola d’acqua. In una frazione di secondo, i buchi neri fondenti emettono tantissima energia, un’energia centinaia di volte più intensa di quella emessa da tutte le stelle dell’universo. Eccolo, nessuno lo vede ma si è formato un nuovo buco nero, 62 volte più pesante del nostro Sole. E lo spazio-tempo che lo accoglie, è tornato tranquillo. Ma c’è ancora traccia di quel fenomenale evento: ieri 11  febbraio 2016 la collaborazione LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, nome dell’esperimento) ha confermato che quella catturata il 12 settembre 2015 è proprio un’onda gravitazionale, dovuta alla nascita di buchi neri avvenuta 1,3 miliardi di anni fa.

1 Chi le ha “scoperte”? Albert Einstein nel 1916 aveva previsto l’esistenza delle onde gravitazionali nell’ambito della sua Teoria Generale della Relatività. Gli oggetti che hanno una massa deformano lo spaziotempo, proprio come un ippopotamo seduto su un letto deforma un materasso. Avrei potuto dire anche un gatto, ma la deformità sarebbe stata poco visibile…

2 Ok, ma allora che cos’è lo spaziotempo? Lo spaziotempo è un’entità fisico-matematica, invisibile ai nostri occhi ma è l’”ambiente” in cui siamo immersi. Guardate l’angolo della stanza in cui siete: le tre linee perpendicolari fra loro esprimono le 3 dimensioni spaziali. Poi esiste la quarta dimensione. Vederla non è possibile, neanche toccarla o assaggiarla: però si può misurare ed è il tempo. Prima del Big Bang non esisteva nulla, non solo le stelle e tutto il resto ma neanche lo spaziotempo. E oggi che l’Universo si sta espandendo, lo spazio-tempo si estende con lui.

3 Ora torniamo all’ippopotamo sul letto.  Prendiamo una pallina e facciamola rotolare come si fa a bowling, partendo da un angolo dal letto. Cosa succede alla pallina? Rotola verso l’ippopotamo perché intorno a lui il materasso si piega. Allora immaginiamo che al posto dell’ippopotamo ci sia il Sole. E che il materasso diventi invisibile ai nostri occhi. E lanciamo ancora la pallina. Che cosa vedremmo? La  pallina che “cade” verso il Sole. Ecco, la gravità è questo: è una curvatura dello spaziotempo e non una forza! Per capire meglio, se lo spaziotempo fosse bidimensionale, potremmo immaginarlo come un tessuto elastico su cui appoggiano le cose: il Sole, la Luna, le stelle, tutto! La massa degli oggetti “deforma” il tessuto dello spazio tempo, proprio come l’ippopotamo deforma il materasso. E un buco nero, che è pesantissimo,  si ipotizza che possa lacerare il tessuto dello spaziotempo, formando dei “tunnel” spaziotemporali attraverso i quali “viaggiare” da un punto all’altro dell’Universo

 

 

4 E le onde gravitazionali allora cosa sono?Sono le vibrazioni del “tessuto” spaziotemporale dovute al fatto che i corpi sono in moto accelerato (cioè la loro velocità aumenta o diminuisce) e questo moto non è perfettamente sferico. Quindi quando corpi con grande massa come stelle o buchi neri si muovono, provocano onde gravitazionali che sottraggono loro energia.

 

6Ma allora anche la Terra che gira intorno al Sole provoca onde gravitazionali? Sì e per questo motivo perde un po’ della sua energia e quindi tende a ad avvicinarsi sempre di più al Sole (ogni giorno si avvicina di 0,0000000000000001 metri) ma stiamo tranquilli: non cadremo sul Sole perché ci vorrebbe un tempo pari a 10.000.000.000.000 volte la vita dell’Universo (che ha circa 15 miliardi di anni) e prima che questa “perdita” possa far cadere la Terra sul sole come una mela matura, il nostro pianeta sarà prima inghiottita dal Sole,  che si gonfierà come un soufflè e si trasformerà poi in una nana bianca (non c’è scampo terrestri!).

7 Gli scienziati che hanno studiato e catturato le onde gravitazionali sono stati in grado di dedurre dalle stesse la massa dei buchi neri che le hanno prodotte, la velocità orbitale e il preciso momento in cui le superficie si sono toccate. La Teoria della Relatività Generale ha vinto un’altra volta: le coppie di buchi neri esistono e quando i due partner si fondono, il nuovo buco nero tende a una forma

8) L’ esistenza delle onde gravitazionali è fondamentale perché mette un limite alla velocità con cui i corpi interagiscono (o si scambiano informazioni) fra loro. Per esempio il Sole emette raggi luminosi ma questa luce visibile impiega un po’ per arrivare fino a noi (8 minuti), quindi non è istantanea. In altre parole, se il Sole per assurdo si spegnesse come fa  una lampadina al click di un interruttore, vedremmo ancora per 8 minuti la sua immagine. Una curiosità: le onde gravitazionali non esistono nella teoria della gravitazione di Newton, dove le interazioni fra corpi sono a velocità infinita.

FONTE: http://www.monicamarelli.com/content/le-onde-gravitazionali-spiegate-modo-semplice#

John Gribbin Il Capolavoro di Einstein Bollati Boringhieri

Walter Isaacson Einstein Oscar Mondadori