Come Einstein ha commesso il più grande errore della sua vita

Immagina come doveva essere studiare l'Universo, a un livello fondamentale, agli inizi del 1900. Per oltre 200 anni, la fisica di Newton sembrò governare il modo in cui gli oggetti si muovevano, con la legge di gravitazione universale di Newton e le leggi del movimento che dettavano il modo in cui le cose si muovevano sulla Terra, nel nostro Sistema Solare e nel più vasto Universo. Recentemente, tuttavia, sono emerse alcune sfide all'immagine di Newton. Non si poteva continuare ad accelerare gli oggetti a velocità arbitrarie, ma piuttosto tutto era limitato dalla velocità della luce. L'ottica di Newton non descriveva la luce così bene come faceva l'elettromagnetismo di Maxwell, e la fisica quantistica, ancora agli inizi, stava ponendo nuove serie di domande ai fisici di tutto il mondo.

Ma forse il problema più grande è stato posto dall’orbita di Mercurio, misurata con precisione a partire dalla fine del 1500 e a dispetto delle previsioni di Newton. Fu la sua ricerca per spiegare quell'osservazione che portò Albert Einstein a formulare la Teoria della Relatività Generale, che sostituì la legge di gravitazione di Newton con una relazione tra materia ed energia, che curva lo spaziotempo, e quello spaziotempo curvo, che racconta la materia e l'energia. -energia come muoversi.

Eppure Einstein non pubblicò quella versione della Relatività Generale; pubblicò una versione che includeva un termine extra ad hoc: una costante cosmologica, aggiungendo artificialmente un campo extra all'Universo. Decenni dopo, lo avrebbe definito il suo più grande errore, ma non prima di averlo raddoppiato molte volte nel corso degli anni. Ecco come l'uomo più intelligente della storia ha commesso il suo più grande errore di sempre, con lezioni per tutti noi.

È importante sottolineare che la Relatività Generale è stata costruita partendo da tre pezzi di un puzzle che si sono riuniti nella mente di Einstein.

Queste tre nozioni, messe insieme, portarono Einstein a concepire la gravità in modo diverso: invece di essere governata da una forza invisibile, ad azione infinitamente veloce che agiva su tutte le distanze e in ogni momento, la gravitazione era invece causata dalla curvatura dello spaziotempo, che stesso è stato indotto dalla presenza di materia ed energia al suo interno.

Questi tre primi passi avvennero rispettivamente nel 1905, 1907 e 1908, ma la Relatività Generale non fu pubblicata nella sua forma finale fino al 1915; questo è il tempo impiegato da Einstein e dai suoi collaboratori per elaborare correttamente i dettagli. Una volta fatto, tuttavia, pubblicò una serie di equazioni – conosciute oggi come equazioni di campo di Einstein – che mettevano in relazione il modo in cui materia-energia e spaziotempo si influenzano a vicenda. In quel documento, ha verificato che:

Questo terzo punto portò a una nuova previsione chiave: che durante un'eclissi solare totale, quando la luce del Sole fosse stata bloccata dalla Luna e le stelle sarebbero state visibili, la posizione apparente delle stelle situate dietro il Sole sarebbe stata piegata o spostata. dalla gravità del Sole. Dopo aver "perso" l'occasione di testarlo nel 1916 a causa della Grande Guerra e aver perso terreno a causa delle nuvole nel 1918, la spedizione dell'eclisse del 1919 fece finalmente le osservazioni critiche, confermando le previsioni della Relatività Generale di Einstein e portando alla sua diffusa accettazione come sistema nuova teoria della gravità.

Ma, come ogni buon scienziato che formula una nuova teoria, lo stesso Einstein era abbastanza incerto su come sarebbero andati a finire gli esperimenti e le osservazioni. In una lettera al fisico Willem de Sitter nel 1917, Einstein scrisse quanto segue:

"Per me... era una questione scottante se il concetto di relatività potesse essere seguito fino in fondo o se portasse a contraddizioni."

In altre parole, certo, dopo aver scoperto la matematica della Relatività Generale e come applicarla con successo a una varietà di situazioni, ora arriva la grande sfida: applicarla a ogni caso fisico in cui dovrebbe fornire una descrizione corretta. Una grande sfida, tuttavia, riguardava l'universo conosciuto ai tempi di Einstein.

Vedete, allora non si sapeva ancora se esistessero altre galassie là fuori - ciò che gli astronomi dell'epoca chiamavano l'ipotesi dell'"universo insulare" - o se tutto ciò che osservavamo fosse contenuto nella stessa Via Lattea. Ci fu anche un grande dibattito su questo stesso argomento qualche anno dopo, nel 1920, e sebbene entrambe le parti discutessero appassionatamente, fu altamente inconcludente. Era ragionevole, e accettato da molti, che la Via Lattea e gli oggetti al suo interno fossero semplicemente tutto ciò che esisteva.