Un breve riassunto sulla Relatività Generale di Einstein

Nel 1915 Albert Einstein pubblica la teoria della relatività generale, uno dei lavori scientifici più famosi, nonchè la teoria ritenuta più valida per descrivere la forza di gravità. Nell'ambito della relatività generale la forza di gravità non è più un azione a distanza come nel paradigma della teoria della gravitazione universale di Newton, precedentemente utilizzata per descrivere tale forza. Newton, quindi, aveva torto? 
La teoria della gravitazione universale dice che due corpi si attraggono in modo direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale alla loro distanza elevata al quadrato. Questa affermazione rappresenta semplicemente un approssimazione poco precisa della realtà, ma ugualmente corretta in certi ambiti. I calcoli degli ingegneri nella costruzione di edifici, ad esempio, possono tranquillamente essere eseguiti con le formule di Newton. In situazioni in cui alcuni dei parametri sono più grandi, tuttavia, deve essere usata la relatività generale per descrivere il sistema. La relatività generale si riduce alla gravità newtoniana in presenza di potenziali piccoli e velocità basse, ed è per questa ragione che la legge della gravitazione di Newton è a volte citata come la relatività generale per basse gravità. Newton, però, utilizza il termine assoluto per indicare spazio e tempo, etimologicamente, come "sciolti" da ogni legame con oggetti o fenomeni.
Lo spazio di Newton è, dunque, assoluto in quanto: 

- esistente indipendentemente dall’esistenza di corpi materiali

  - dotato di proprietà indipendenti dall’interazione con la materia

Si tratta quindi di un contenitore vuoto, indifferente alla materia in esso contenuta e all’osservatore che in esso analizza i movimenti della materia. Analogamente, il tempo assoluto indica un fluire eterno, sciolto dallo spazio ed esistente indipendentemente da esso. Ed ecco, dunque, la rivoluzione del genio di Einstein: la relatività generale cambia paradigma di spazio e tempo rendendoli non solo uniti in un nuovo ente, lo spazio-tempo, ma anche definendoli non più come assoluti ma relativi. Nell'ambito della relatività generale, quindi, la gravità emerge come effetto di una legge fisica che lega la geometria dello spaziotempo, o meglio curvatura, al flusso e alla distribuzione in esso di massa ed energia. Da questa definizione si evince che lo spazio non è assoluto e indipendente ma si può distorcere e curvare, tessendo le trame della materia e dell'energia in esso contenuti. Non solo: spazio e tempo sono legati nello spazio-tempo e, quindi, assieme allo spazio è anche il tempo a curvarsi e storcersi. Ecco in cosa Newton si sbagliava! Nello specifico nella relatività la massa

Immagine 1: La luna si muove nella curvatura generata dalla Terra

determina la curvatura
dello spazio, geometria nella quale si muove la materia. Ecco perchè i pianeti ruotano intorno al sole: seguono la geometria dello spazio tempo curvo, in relazione alla massa del sole, ed è da qui che emerge quindi la forza di gravità. Lo stesso accade agli oggetti che cadono sulla superficie terrestre o alla Luna, che ci ruota intorno (vedi immagine 1). Questi eventi, che sembrano governati da una forza istantanea a distanza come la definiva newton, nella relatività sono ricondotti alla geometria dello spazio-tempo in cui la forza di gravità sarebbe una forza apparente ed è rappresentata matematicamente da un tensore metrico legato alla curvatura. Non solo la materia è soggetta alla curvatura ma anche la luce (radiazione elettromagnetica) che viaggia nello spazio per giungere fino ai nostri occhi, segue le trame dello spazio-tempo. Per tale motivo la posizione di una stella potrebbe essere "falsata" dal fatto che la luce proveniente da essa viene deviata dalla presenza di 

Immagine 2: posizione reale e apparente di una stella

una grande massa come quella del Sole (vedi immagine 2). E' proprio dimostrando la diversa posizione di alcune stelle che nel maggio del 1919 un astrofisico inglese di nome Arthur Eddington ha dato la prima conferma alla Teoria Della Relatività Generale. L'esperimento di Eddington ha permesso di misurare lo spostamento apparente della posizione di alcune stelle visibili intorno al disco solare oscurato da un eclissi totale. Il confronto con la loro posizione in un altro momento dell'anno, quando il Sole non si trova tra l'osservatore e le stelle, consente di misurare una differenza piccolissima, un millesimo del disco solare, dovuta alla curvatura della luce delle stelle che passa radente al Sole. Questo spostamento corrispondeva esattamente alle previsioni di Einstein: la sua teoria era quindi corretta, rivoluzionando la visione dell'universo di Newton. Le osservazioni sono state effettuate simultaneamente nelle città di Sobral (Brasile), a São Tomé e Príncipe sulla costa centro-occidentale dell'Africa. Il risultato è stato considerato una notizia straordinaria ed è finito sulle prime pagine di tutti i giornali dell'epoca. Quando l'assistente di Einstein gli ha chiesto quale sarebbe stata la sua reazione se la relatività generale non fosse stata confermata da Eddington nel 1919, Einstein rispose con la famosa battuta: "Mi sarebbe dunque dispiaciuto per Dio, ma la teoria è corretta comunque"

LO SPAZIOTEMPO DI EINSTEIN

Lo spaziotempo è un concetto fisico che combina le nostre classiche nozioni tradizionalmente distinte di spazio e di tempo in un unica entità omogenea. 
La visione relativistica assimila, quindi, anche la dimensione temporale (prima-dopo) alle tre dimensioni spaziali (lunghezza, larghezza e profondità), rendendola percepibile in modo diverso da osservatori in condizioni differenti. Nello specifico, più c'è curvatura, o gravità, più il tempo rallenta. Per comprendere meglio questo concetto immaginiamo due gemelli che ad un certo punto della loro vita si separano, uno rimane a vivere sulla superficie terrestre e l'altro va a bordo della stazione spaziale internazionale orbitante intorno al pianeta. A bordo della stazione spaziale internazionale gli astronauti sono esposti a meno gravità rispetto alla superficie, perchè lì c'è meno curvatura, e quindi anche il tempo scorre diversamente. Certo, con questi parametri è impercettibile dall'uomo, ma è stato scientificamente provato. Quando si ricongiungeranno, quindi, il gemello che è andato in orbita, esposto a meno gravità, avrà vissuto un pò di più del suo gemello rimasto sulla superficie, e quindi avranno una leggera ed impercettibile differenza di età. Tempo e gravità sono quindi indissolubilmente legati tra loro nello spazio-tempo, il nuovo ente fisico di Einstein.