Numero 10

La Terra distorce lo spazio-tempo

In questo numero volevo portare all’attenzione dei lettori un’interessante notizia che può aiutarci a capire come la realtà in cui siamo immersi sia molto più complessa di quello che possiamo concepire con i soli nostri sensi e con il comune raziocinio. Apprendiamo dal “NASA Science News” che da circa un anno i ricercatori della NASA stanno effettuando un esperimento chiamato Gravity Probe B (GP-B), nello spazio intorno alla Terra che cerca di chiarire le caratteristiche dello spazio-tempo intorno al nostro pianeta.
Il tempo e lo spazio, secondo la teoria della relatività di Einstein, sono indissolubili e formano un campo a quattro dimensioni (altezza, profondità, larghezza e il tempo) chiamato spazio-tempo. È la massa della Terra a provocare con il suo peso l'affossamento dello spazio-tempo, così come fa una persona particolarmente pesante che si siede su un trampolino. La forza di gravità non è altro che il movimento degli oggetti che seguono le linee curvate dello spazio-tempo dalle masse dei corpi.
Poiché la Terra ruota, il suo movimento distorce ulteriormente lo spazio-tempo, creando un mulinello a quattro dimensioni.
In sintesi, immaginava Einstein nel 1916, il moto rotatorio della Terra provoca una distorsione del tessuto spazio-temporale circostante al pianeta. Due anni dopo i fisici austriaci Jospeh Lense e Hans Thirring verificarono le previsioni di Einstein nella teoria che porta il loro nome.
Per fare l’esperimento è stato utilizzato un giroscopio orbitante con un asse di rotazione puntato verso una stella distante, usata come punto fisso di riferimento. Quando lo spazio-tempo intorno alla Terra si deforma, la direzione del giroscopio subisce uno spostamento misurabile.
I quattro giroscopi di cui è stata dotata la GP-B sono le più perfette sfere mai fatte dall'uomo, in quarzo fuso e silicio. La dimensione sferica è fondamentale perché altrimenti gli assi di rotazione potrebbero traballare anche senza gli effetti della relatività. Una variazione di inclinazione - anche minima - del giroscopio rispetto all'asse del telescopio, puntato anch'esso verso la stella Im Pegasi, indicherà una distorsione dell'orbita della Terra.
Secondo i calcoli, lo spazio-tempo deformato intorno alla Terra dovrebbe causare uno spostamento degli assi dei giroscopi di 0.041 arcsecondi all'anno (un arcsecondo è 1/3600imo di un grado; per misurarlo, GP-B necessita di una super-precisione di 0.0005 arcsecondi).
I ricercatori NASA hanno dovuto inventare una tecnologia completamente nuova per rendere possibile l'esperimento: hanno creato un satellite capace di “accarezzare” gli strati esterni dell'atmosfera terrestre senza disturbare i giroscopi, in modo da mantenere il campo magnetico terrestre fuori portata. Inoltre, hanno creato un dispositivo per misurare la rotazione dei giroscopi senza toccarli.
Ora tutto dipenderà dalla capacità di decriptazione dei dati raccolti. Gli scienziati si aspettano di rilevare un vortice spazio-temporale, come predetto da Einstein. Il fenomeno, noto anche come “frame dragging” o effetto Lense-Thirring, per la verità era già stato osservato nel 1997 da un'equipe guidata dall'italiano Ignazio Ciufolini dell'Università di Lecce, con il semplice ausilio dei satelliti per la geodesia Lageos I e Lageos II. Ma i dati di allora avevano un'approssimazione del 20%, troppo incerti per essere accettati dalla comunità scientifica.