Il Grande Disegno by Stephen Hawking & Leonard Mlodinow

autore:Stephen Hawking & Leonard Mlodinow [Hawking, Stephen & Mlodinow, Leonard]
La lingua: ita
Format: epub
editore: Edizioni Mondadori
pubblicato: 2011-05-09T22:00:00+00:00

Geodetiche. Il percorso più breve tra due punti sulla superficie della Terra sembra curvo se viene tracciato su una carta piana: una cosa da tenere presente nel caso si sia sottoposti a un controllo del tasso alcolico.

Secondo le leggi del moto di Newton, corpi come le palle di cannone, i croissant e i pianeti si muovono in linea retta a meno che su di essi agisca una forza, quale la gravità. Ma la gravità, nella teoria di Einstein, non è una forza come le altre; è invece una conseguenza del fatto che la massa distorce lo spaziotempo, generando una curvatura. Nella relatività generale, i corpi si muovono lungo le geodetiche, che sono quanto c’è di più simile a linee rette in uno spazio curvo. Le rette sono geodetiche sul piano, e i cerchi massimi sono geodetiche sulla superficie della Terra. In assenza di materia, le geodetiche nello spaziotempo quadridimensionale sono l’equivalente delle rette nello spazio tridimensionale. Ma quando è presente materia che distorce lo spaziotempo, le traiettorie dei corpi nel corrispondente spazio tridimensionale si incurvano in un modo che nella teoria newtoniana era spiegato mediante l’attrazione della gravità. Quando lo spaziotempo non è piatto, le traiettorie dei corpi risultano incurvate, dando l’impressione che su di essi agisca una forza.

La teoria della relatività generale di Einstein si riduce alla relatività ristretta quando la gravità è assente, e nell’ambiente a bassa gravità del sistema solare fa quasi le stesse predizioni della teoria di Newton, ma non esattamente le stesse. In realtà, se nei sistemi di navigazione satellitari GPS non si tenesse conto della relatività generale, nelle posizioni globali si accumulerebbero errori a un tasso di circa dieci chilometri al giorno! Ma la reale importanza della relatività generale non sta tanto nella sua applicazione a congegni che ci guidano verso nuovi ristoranti, quanto piuttosto nel fatto che costituisce un modello assai differente dell’universo, che predice nuovi effetti come le onde gravitazionali e i buchi neri. E così la relatività generale ha trasformato la fisica in geometria. La tecnologia moderna è abbastanza precisa da consentirci di effettuare numerose verifiche di grande accuratezza della relatività generale, che le ha superate tutte.

Pur avendo entrambe rivoluzionato la fisica, la teoria dell’elettromagnetismo di Maxwell e la teoria della gravità di Einstein – la relatività generale – sono, come la fisica newtoniana, teorie classiche. Sono cioè modelli in cui l’universo ha un’unica storia. Come si è visto nel capitolo precedente, ai livelli atomico e subatomico questi modelli non sono in accordo con le osservazioni. Si deve invece fare uso delle teorie quantistiche in cui l’universo può avere ogni possibile storia, ciascuna con la propria «intensità» o ampiezza di probabilità. Per quanto riguarda i calcoli pratici relativi alla realtà quotidiana possiamo continuare a servirci delle teorie classiche, ma se vogliamo comprendere il comportamento degli atomi e delle molecole, abbiamo bisogno di una versione quantistica della teoria dell’elettromagnetismo di Maxwell; e se vogliamo comprendere l’universo delle origini, quando tutta la materia e l’energia del cosmo erano compresse in un piccolo volume, dobbiamo disporre di una versione quantistica della teoria della relatività generale.

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