Ciao, se la gravità è una conseguenza della deformazione dello spazio tempo perchè viene considerata una forza? (Alessandro C.)
La gravità, per come la percepiamo nella nostra vita, o almeno nelle esperienze principali di questa, è in effetti una forza: gli oggetti cadono e, se nel cadere ci colpiscono, ci fanno anche male!
Gli studi di Newton sulla gravità portarono, fra le altre cose, alla formulazione della legge di gravitazione universale: la gravità riesce a spiegare il moto dei pianeti, ad esempio nel nostro sistema solare (ma non solo). Questo è ben noto dagli studi che facciamo a scuola, ma quello che a volte è forse meno chiaro è quanto sia importante l’aver capito che la forza di gravità che regola il moto dei pianeti sia la stessa che fa sì che, se una mela si stacca da un albero, cade a terra o che una palla di cannone segue una traiettoria ben precisa, sempre regolata dalla forza di gravità, e cade comunque a terra (ovviamente se non incontra altri ostacoli e in assenza di altre forze). Senza saperlo, Newton ci ha insegnato a mandare in orbita i satelliti. Ma non fu possibile per lui comprendere esattamente quale fosse la natura della gravità e non lo fu per nessuno per molti anni a seguire.
È qui che interviene Einstein. Nel 1915 formulò un’ipotesi, poi ampiamente e anche rapidamente verificata nelle sue principali conseguenze, sulla natura geometrica della gravità. Era nata la Relatività Generale.
In sostanza Einstein generalizzò la teoria di Newton, non tanto per spiegare piccoli effetti che questa teoria non riusciva a risolvere (si parla spesso dell’anomalia nella precessione del perielio di Mercurio), ma in quanto cercava soluzioni al problema dell’istantaneità dell’interazione (problema sul quale Newton non era riuscito a darsi pace, ovviamente), a quello della natura dell’interazione stessa, e voleva capire a fondo il significato del principio di equivalenza fra massa inerziale e massa gravitazionale di Galilei. Arrivò così a comprendere che la natura della gravità è puramente geometrica: l’apparente forza con cui i corpi si attraggono, ben descritta dalla famosa equazione di Newton e funzione dell’inverso del quadrato della distanza fra i corpi, è il risultato di una distorsione dello spazio-tempo (non più assoluti e separati, come nella teoria di Newton). La distorsione stessa è generata dalla presenza di energia e materia. Lo spazio-tempo è simile a un tessuto elastico ed è possibile deformarlo. E l’interazione ha una velocità limitata, quella della luce nel vuoto.
In conclusione, la teoria di Einstein non contraddice quella di Newton, semplicemente la generalizza e ne dà una spiegazione sull’origine. Generalizzare una teoria vuol dire anche predire effetti non compresi in quella precedente, che resta comunque valida, pur entro certi limiti.
Ma come mai, e qui vado nello specifico della domanda posta, l’effetto di una deformazione spazio-temporale si manifesta come una forza, peraltro sempre di tipo attrattivo? Mi aiuto nella spiegazione con 2 immagini (per le quali il credito va al Prof. Dario Menasce, INFN Milano Bicocca), e mi limito alla componente spaziale (rappresentare anche il tempo resta più complesso e non aggiunge informazioni, in questo esempio).
Immaginiamo, ad esempio, la piantina di una città come in figura, e due persone (a piedi, in macchina o in bicicletta) che, partendo dalla linea rossa e da una certa distanza fra loro, si muovano sempre a 90° rispetto alla linea di partenza. Immaginiamo camminino per qualche km e ricontrollino la distanza fra loro. Le loro traiettorie sono rappresentate dalle linee gialle nella figura. Ovviamente questa distanza non cambia. Lo spazio su cui si stanno muovendo è chiaramente piatto, data l’estensione limitata, e tutto funziona come loro stessi si aspettano.
Ripetiamo ora l’esperimento facendo muovere le nostre cavie su di una sfera, quale la Terra (in effetti ora farebbero bene a muoversi per lo meno in macchina o a programmare un bel giro di qualche mese in bicicletta e in nave).
Partono da una distanza fra loro che misurano e conoscono su un parallelo, per esempio dai due punti A e B della figura. Come nella passeggiata precedente, cercano di muoversi sempre a 90° rispetto al parallelo di riferimento. A mano a mano che camminano la loro distanza diminuirà (vedete le linee rosse in figura) e alla fine, in P, addirittura si incontreranno. Immagino che inizieranno a litigare, ciascuno accuserà l’altro/a di avere sbagliato… ripeteranno l’esperimento magari una o anche due volte. E alla fine si convinceranno che esiste una forza che ha agito su di loro e che ha fatto sì che venissero attratti l’uno/a verso l’altro/a. Non è di natura magnetica, basta poco a convincersene, è di una natura misteriosa… è la forza di gravità… di origine sconosciuta. Ma noi, guardando il disegno, possiamo capire cosa sia successo: è l’effetto della geometria dello spazio in cui si stanno muovendo.
Pia Astone, fisica