L’anno scorso, nel 2017 cioè, in occasione del nobel per la Fisica conferito a Kip Thorne, a Rainer Weiss e a Barry Clark Barish per i “loro contribuiti decisivi legati all’osservatorio LIGO e alle onde gravitazionali” mi è stato chiesto da più parti: “cosa sono queste onde gravitazionali?”.

A questa domanda rispondo con imbarazzo, perché spesso ci si aspetta dai fisici una risposta su come stia davvero la realtà. Se chiedete a un fisico una cosa vi aspettate infatti risposte certe, chiare, secche di una verità scientifica univoca.

Mi piace però sottolineare che le cose non stanno per niente così: solo il Signore sa come è davvero fatta la realtà, i fisici possono solo descriverla. Tra l’altro, per fare questo, i fisici devono utilizzare dei modelli semplicistici che devono inventare ad hoc per questo o per quel fenomeno. Devono, in altri termini, descrivere qualcosa di nuovo con dei concetti appartenenti al vecchio. In particolare, se vogliono essere compresi, devono utilizzare immagini e concetti che gli uomini hanno davanti gli occhi e coi quali quindi hanno familiarità. Un po’ come spiegare il significato di una parola nuova utilizzando dei termini che già conosciamo. Nel campo delle scoperte in fisica la cosa si complica perché spesso queste scoperte “nuove” son davvero complicate: per spiegarle quindi dobbiamo utilizzare concetti già conosciuti, ma il problema è che questi concetti già conosciuti sono spesso conosciuti dai fisici soltanto.

È sempre difficile infatti riuscire a fare buona divulgazione, perché bisogna sforzarsi di riuscire a trovare le analogie tra un mondo supertecnico e matematico e oggetti alla portata di tutti. Tra l’altro spesso l’interlocutore spiega a persone intelligenti, preparate e desiderosi di capire, solo che hanno una preparazione in altri campi.

Chiarisco quest’aspetto perché voglio ovviamente mettere le mani un po’ avanti: cercherò di spiegarvi che cosa sono le onde gravitazionali cercando di utilizzare oggetti di uso comune.

Le onde gravitazionali innanzi tutto sono importanti perché confermano una teoria, quella della relatività di Einstein, sviluppata a metà del secolo scorso. Quando si formula una teoria, si cerca sempre le “prove” per validarla. Se si trovano queste prove, allora diciamo che quella teoria e il modello su cui si basa sono fondati, altrimenti sono infondati. Le onde gravitazionali, quindi, sono solo un prodotto, o una conseguenza che dir si voglia, della teoria di Einstein generale riguardante la gravitazione. Ora che sono state davvero rilevate, c’è una prova della validità (l’ennesima in realtà) della teoria della relatività generale Einsteiniana.

Ecco inquadrato il primo aspetto relativo all’importanza della scoperta. Passiamo adesso al nocciolo del problema e cerchiamo di capire cosa sono, evitando la descrizione rigorosa dei fisici spesso comprensibile solo agli addetti ai lavori. Lasciatemi iniziare con un’osservazione banale: se ci sfracelliamo a terra cadendo per le scale dobbiamo ammettere che siamo stati attratti dal pavimento. Ci rassegniamo quindi all’idea che i corpi si attraggono. Sempre. D’altronde ce l’hanno sempre detto che esiste la gravitazione. Ma anche se non ce lo avessero detto, con gli anni ci saremmo comunque abituati all’idea che qualunque oggetto è attratto dal terreno su cui viviamo. Con uno sforzo intellettivo potremmo anche generalizzare che questo principio dev’essere valido per tutti i corpi senza distinzioni. Tutti i corpi, hanno una massa e quindi devono in qualche modo attrarsi tra di loro.

La domanda davvero imbarazzante è: “come fanno ad attrarsi”?

Come fa la luna a sapere che là ci sta il sole, e come fa il sole a sapere che lì ci sta la luna e quindi l’uno può andare verso l’altro? Come fanno a comunicare se di mezzo non ci sta niente? Non possono mica farsi una telefonata per mettersi d’accordo, per dirsi: “tu vieni qui, io vado là”.

C’è stato un dibattito lungo secoli: all’inizio si è tirato in ballo il concetto di campo gravitazionale, pensando che un oggetto producesse una perturbazione dello spazio intorno. Poi si è passati alla teoria dello scambio di particelle evanescenti mediatrici della forza, cioè particelle scambiate tra tutti gli oggetti che in qualche modo facessero da mediatori delle informazioni tra i corpi. Infatti, se la forza gravitazionale dipende dalla massa, questi stessi corpi devono scambiarsi l’informazione di quanto sono pesanti. Non vi sto a dire le seghe mentali che sono state prodotte in tutti questi decenni per dare un senso autoconsistente a questi modelli. Tutto sommato, però, le teorie funzionavano, quindi queste interpretazioni andavano bene, seppur con un certo imbarazzo. L’imbarazzo venne superato, appunto, da Einstein che cambiò la visione delle forze sostituendole con la famosa “curvatura” dello spazio-tempo. In pratica, Einstein diceva che ogni massa curva lo spazio circostante, più o meno come (e questo lo dico io) come fa una palla da bowling messa su un materasso memory. Il materasso rappresenta quindi lo spazio-tempo in cui viviamo: ve l’avevo detto che avrei cercato di utilizzare analogie con oggetti comuni per far capire il concetto. Se sul materasso, magari vicino alla palla da bowling, collochiamo una biglia, questa va verso la palla da bowling semplicemente perché il materasso è affossato. La biglia quindi si dirigerà verso la palla da bowling non perché ne è attratta ma perché segue la superficie del materasso che si è incurvato in prossimità della palla più grande. In questo modo, non si usa più il concetto di forza, che poteva invece creare qualche imbarazzo. È questa la bellezza della teoria della relatività generale. Semplice ed elegante direi. A proposito, i fisici sono dei cultori della bellezza unici, figuratevi che adottano anche il criterio della bellezza per reputare se una teoria è buona. Ora, tornando al materasso, se muovo di scatto la palla da bowling, si formeranno delle onde sul materasso. Lo si intuisce no? Ecco cosa sono le onde gravitazionali: sono onde di curvatura spazio-tempo che si propagano come fanno tutte le onde. Per questo sono segnali di movimenti di masse nell’universo. Queste onde gravitazionali sono finalmente riuscite a rilevarle, e quindi la teoria di Einstein regge, almeno finora. E’ probabile che in futuro si faranno nuove scoperte per cui questa teoria non funzionerà più; ma, fino ad allora, dobbiamo dire che la relatività generale funziona. Inoltre, se questo modello è fondato e se siamo in grado di rilevare queste onde gravitazionali, allora possiamo avere un nuovo mezzo per osservare fenomeni nell’universo. Tutto qui. Ora basta costruire telescopi o strumenti capaci di osservare le onde gravitazionali provenienti dal cielo e avremo un occhio in più per scrutare l’universo. E scusate se è poco.

La scoperta delle onde gravitazionali ha ulteriormente validato la teoria della relatività generale e fornito un mezzo nuovo per studiare l’universo lontano. Ma il risultato di una misura deve essere riproducibile, altrimenti è sola casualità. Personalmente aspetto altre prove. Ma, soprattutto, aspetto che l’osservazione delle onde gravitazionali diventi routine. Solo allora potremo vedere e comprendere, se mai ci saranno, le sbalorditive conseguenze di una grande scoperta.

Se volete sentire un’intervista al riguardo collegatevi al sito http://www.tag24.it/podcast/uno-scienziato-salotto-pietro-calandra-nobel-2017/ dove ho parlato dei Nobel per la chimica e per la fisica del 2017

Nota: immagine scaricata con gratitudine dal sito http://www.eso.org/public/images/eso1319c/