percorso a cura di C. Bradaschia
Le onde gravitazionali hanno una natura completamente diversa
[269], ma sono generate da un meccanismo molto simile al precedente: è sufficiente sostituire le cariche elettriche con masse, cioè le sorgenti del campo elettromagnetico con le sorgenti del campo gravitazionale e diremo, con il linguaggio di Einstein
: “Se una massa si muove di moto accelerato, genera oscillazioni del campo gravitazionale” (onde gravitazionali) che si propagano alla velocità della luce.
Così come era avvenuto nel diciannovesimo secolo da parte di Maxwell per le onde elettromagnetiche, Einstein, nel 1916 aveva previsto l’esistenza delle onde gravitazionali in modo puramente teorico. Masse, investite da onde gravitazionali, sono costrette a muoversi in accordo con questo campo gravitazionale variabile.
Ci sono, però, importanti differenze fra elettromagnetismo e gravitazione: per esempio le cariche elettriche sono positive e negative e si attraggono o si respingono, mentre le masse hanno tutte lo stesso segno e si attraggono sempre. Legato a questo c’è il fatto che masse in moto accelerato generano onde gravitazionali solo se il movimento non ha simmetria sferica (per esempio due stelle che si scontrano producono onde gravitazionali, mentre una stella che collassa mantenendo ad ogni istante una perfetta sfericità non ne produce). Ma la gravitazione è diversa da qualunque altra cosa; qui bisogna tirare in ballo la “relatività speciale” e la “relatività generale” con effetti sorprendenti:
• massa ed energia sono “la stessa cosa”
• la presenza di massa deforma lo spazio-tempo[20], lo stesso spazio-tempo in cui noi viviamo (questa è dura da accettare!)
• corpi liberi si muovono su traiettorie curve (!)
• in condizioni diverse, il tempo scorre a velocità diverse (!!)
In una frase: le masse dicono allo spazio-tempo come deformarsi, lo spazio-tempo dice alle masse come muoversi.
Tutto ciò, espresso in modo generale e rigoroso, “a la Einstein”, è ciò che Newton, invece, descriveva mediante le espressioni: “campo gravitazionale” e “forza gravitazionale”. La trattazione newtoniana della gravitazione è comunque del tutto sufficiente per la vita di tutti i giorni, incluso lo sbarco sulla Luna. Solo da pochi anni esiste uno strumento di uso comune per costruire il quale è stato necessario conoscere la relatività speciale e generale: il sistema di navigazione satellitare, il GPS (Global Positioning System).
La disponibilita’ del nuovo mezzo di osservazione dell’universo costituito dalle onde gravitazionali puo’ essere espressa in modo figurato dicendo che finalmente possiamo alzare il volume del televisore con cui osserviamo l’universo: finora abbiamo visto l’immagine dell’universo mediante onde elettromagnetiche; con le onde gravitazionali ne ascolteremo il suono. Questa espressione ci e’ consentita dal fatto che, come il suono non ha nessuna relazione con l’immagine, le onde gravitazionali hanno un’origine completamente indipendente dalla luce e dalle altre onde elettromagnetiche.
Curiosamente questa similitudine puo’ estendersi tenendo conto che la frequenza delle onde gravitazionali rivelabili sulla terra coincide, casualmente, con l’intervallo delle frequenze dei suoni udibili dall’orecchio umano. Il segnale di Virgo, amplificato opportunamente e inviato ad un altoparlante sarà, quindi, udibile e riconoscibile. Qui è possibile ascoltare file audio
degli ultimi 15 secondi della coalescenza di due buchi neri.