Novanta anni e più di Relatività Generale

Celebrato venerdì scorso l’anniversario di un esperimento leggendario

Il fenomeno del ‘lensing’ gravitazionale, ovvero la deflessione dei raggi luminosi dovuta alla presenza di corpi massicci lungo il loro percorso, è stato descritto rigorosamente per la prima volta da Albert Einstein nel 1915, nell’ambito della sua Teoria della Relatività Generale.

L’idea che un corpo dotato di massa possa deflettere la luce è tuttavia ancora più vecchia: già Isaac Newton l’aveva ipotizzata nel 1704, e l’astronomo tedesco Johann Georg von Soldner, nel 1801, aveva calcolato l’angolo di deflessione subito da un raggio di luce che passi in prossimità di una stella come il Sole. Il risultato di Soldner, pari a 0,87 secondi d’arco (dove un secondo d’arco è la 3600esima parte di un grado, e l’angolo sotteso dal sole in cielo corrisponde a circa mezzo grado), era in realtà sbagliato, in quanto basato sull’applicazione della teoria della gravità di Newton a particelle prive di massa, i fotoni.

Nel 1911, ignaro dei calcoli di Soldner, anche Einstein ottenne lo stesso valore (di nuovo sbagliato) nell’ambito della Teoria della Relatività Ristretta; la Relatività Generale non era ancora pronta. Questo valore, per quanto piccolo, poteva essere misurato con gli strumenti dell’epoca: ci si aspettava, infatti, che la posizione di una stella in cielo, nelle vicinanze del Sole, fosse diversa rispetto a quella osservata quando il Sole si trova in un’altra regione del cielo. Con un solo piccolo inconveniente: il Sole è talmente luminoso che oscura le stelle in cielo. Per osservarle, occorre ‘eliminare’ il Sole dalla scena, il che è per fortuna possibile durante un’eclisse di sole.

Nel 1912 una spedizione di astronomi si recò in Brasile per osservare un’eclisse di Sole, ma purtroppo le condizioni meteorologiche non furono favorevoli e non si ottenne alcun risultato. Nel 1914, un’analoga spedizione diretta in Crimea avrebbe dovuto studiare un’altra eclissi, ma con il sopraggiungere della Prima Guerra Mondiale gli astronomi furono rapiti ed i loro strumenti sequestrati, rendendo l’impresa impossibile.

Intanto, nel 1915 Einstein aveva completato la Relatività Generale, e poté ripetere i conti nell’ambito di questa nuova teoria della gravità, secondo cui i corpi dotati di massa curvano lo spazio-tempo, modificando, fra l’altro, il percorso dei raggi luminosi. Questa volta il valore predetto per la deflessione della luce causata dal Sole era esattamente il doppio del risultato precedente: 1,74 secondi d’arco. Un’eventuale misura di questa deflessione avrebbe, a questo punto, rappresentato un banco di prova per la nuova teoria della gravità appena formulata dal fisico tedesco.

I risultati non tardarono a venire: il 29 maggio 1919, l’astronomo inglese Sir Arthur Eddington diresse personalmente una spedizione a Príncipe, nell’arcipelago di São Tomé e Príncipe, sulla costa occidentale dell’Africa equatoriale, per osservare un’eclisse di Sole, mentre altri suoi collaboratori si trovavano in Brasile per effettuare contemporaneamente analoghe misure. Per fortuna questa volta fu possibile misurare la posizione di alcune stelle prossime al Sole durante l’eclisse: il confronto con la posizione di queste stesse stelle osservata quattro mesi prima a Oxford confermò il secondo valore predetto da Einstein e, con esso, la Teoria della Relatività Generale.

Sono passati novant’anni da allora. Né Einstein né Eddington immaginavano che l’effetto di lente gravitazionale potesse essere osservato in altre circostanze astronomiche. Sessanta anni dopo, invece, fu osservata per la prima volta l’immagine doppia di una stessa sorgente astronomica: l’esistenza di immagini multiple è infatti una peculiarità del ‘lensing’ gravitazionale. Era il 1979, e nei trenta anni seguenti il ‘lensing’ è diventato uno dei più potenti strumenti per studiare la distribuzione della materia nell’universo.

L’eclisse del 1919 rappresenta, dunque, una pietra miliare nella storia della scienza del XX secolo. Venerdì scorso, in occasione del novantesimo anniversario di questa importante scoperta, e nell’ambito delle celebrazioni dell’Anno Internazionale dell’Astronomia, si è tenuta una manifestazione commemorativa nell’isola di Príncipe, con lezioni ed una mostra indirizzate alla popolazione locale, e con l’installazione di una targa che ricorda l’evento nella piantagione di Roça Sundy, in corrispondenza del luogo esatto in cui Eddington compì le sue rivoluzionarie osservazioni.


Per saperne di più: www.1919eclipse.org

CLAUDIA MIGNONE

Immagine: Illustrazione dell'esperimento di Eddington, che misurando la posizione di alcune stelle prima e durante un eclisse totale di Sole diede per la prima volta una conferma sperimentale della Teoria della Relatività Generale di Einstein. Dalla targa installata nella piantagione di Sundy il 29 maggio 2009, in occasione del novantesimo anniversario dell'eclisse (IAU/IYA/RAS).