100 anni di relatività!

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Carlo  Rovelli, Albert Einstein. Il genio che ci ha insegnato il coraggio di cambiare idea. A sessant’anni dalla morte, la grande eredità dello scienziato è nel metodo. E negli errori,  “La Repubblica”,  11 aprile 2015

NON c’è dubbio che Albert Einstein — di cui ricordiamo i sessant’anni dalla morte, e i cent’anni dalla sua teoria della relatività generale — sia stato il più grande scienziato del XX secolo, l’uomo che ha visto più a fondo nella natura, ha intuito più cose che si sono rivelate vere. Questo significa che quello che lui pensava va preso per buono? Che non sbagliava? Tutt’altro. Anzi: pochi scienziati hanno accumulato errori quanto Einstein. Pochi scienziati hanno cambiato idea tante volte quanto lui. Non parlo degli errori della vita quotidiana, opinabili, e comunque affari suoi. Parlo di veri errori scientifici. Idee sbagliate, predizioni sbagliate, equazioni sbagliate, affermazioni su cui lui stesso è tornato indietro, oppure più tardi smentite dai fatti. Qualche esempio. Oggi sappiamo che l’Universo è in espansione. Il fisico belga Lemaître lo aveva capito proprio usando la teoria della relatività e lo aveva comunicato ad Einstein. Einstein aveva risposto che l’idea era una sciocchezza. Per poi doversi rimangiare l’affermazione quando negli anni Trenta l’espansione dell’universo è stata osservata. Oggi sappiamo che esistono i buchi neri. Ce ne sono a milioni solo nella nostra galassia e la loro esistenza è una delle clamorose conseguenze della teoria di Einstein. Ma Einstein non l’aveva capito, e sull’argomento ha scritto lavori sbagliati, sostenendo che cose simili non possono esistere. Anche sull’altra grande conseguenza della sua teoria, l’esistenza delle onde gravitazionali, Einstein si è sbagliato. Ha sostenuto che queste onde non esistono, sbagliando l’interpretazione della sua stessa teoria. Prima di scrivere l’equazione giusta della teoria della relatività generale, il suo grande trionfo, Einstein ha pubblicato una fitta serie di articoli, tutti sbagliati, ciascuno con un’equazione diversa. È arrivato addirittura a pubblicare un lavoro dettagliato e complesso per dimostrare che la teoria non deve avere la simmetria… mentre sarà proprio la simmetria a caratterizzare la teoria buona. Per tutti gli anni finali della sua vita, poi, Einstein si ostina a voler scrivere una teoria unificata di gravità ed elettromagnetismo, senza capire che, come si vedrà poco dopo, l’elettromagnetismo è solo una componente di qualcosa di più ampio (la teoria elettro-debole) e quindi il progetto di unificarlo con la gravità senza considerare il resto è viziato alla base. Poi ci sono le perentorie affermazioni che ha disseminato, cambiando idea poco dopo. Nella sua prima versione della teoria della relatività ristretta, la nozione di spaziotempo, cioè l’idea che esista un continuo di quattro dimensioni che comprende sia lo spazio che il tempo, non c’è ancora. L’idea dello “spaziotempo” non è di Einstein, è dovuta a Minkowski, che ha riscritto la teoria di Einstein usando questa idea. Quando Einstein ne viene a conoscenza, dichiara che si tratta di una inutile e sciocca complicazione “da matematici”. Per poi cambiare opinione poco dopo e usare proprio la nozione di spaziotempo come base della sua teoria successiva: la relatività generale. Sul ruolo della matematica in fisica, Einstein cambia ripetutamente idea, sostenendo varie cose in contraddizione l’una con l’altra nel corso della sua vita. Anche nelle grandi discussioni sulla meccanica quantistica Einstein ha cambiato idea ripetutamente. All’inizio sostiene che la meccanica quantistica è contraddittoria. Poi accetta l’idea che non lo sia, e si limita a insistere che deve essere incompleta, non descrivere tutta la natura. Sulla sua teoria, la relatività generale, a lungo è stato convinto che le equazioni non potessero avere soluzioni in assenza di materia, e quindi il campo gravitazionale dipendesse dalla materia, per poi cambiare idea e descrivere il campo gravitazionale come un’entità reale automa, che esiste di per sé. Forse il caso più straordinario è uno strabiliante lavoro scritto nel 1917, in cui Einstein fonda la cosmologia moderna, comprende che l’universo può essere una tre-sfera, e introduce la costante cosmologica, la cui esistenza è stata verificata oggi, a un secolo di distanza. In questo lavoro Einstein riesce a sommare un clamoroso errore di fisica — l’idea, sbagliata, che l’universo non possa cambiare nel tempo — e un clamoroso errore di matematica: non si accorge che la soluzione matematica delle equa- zioni che studia è instabile, e quindi non può descrivere l’universo reale. L’articolo è al tempo stesso un insieme strepitoso di idee nuove, rivoluzionarie e corrette, e un insieme clamoroso di errori. Questa lunga serie di cambiamenti di opinione e di errori toglie qualcosa alla nostra ammirazione per Albert Einstein? No. Al contrario. Ci insegna, credo, qualcosa sull’intelligenza: l’intelligenza non è intestardirsi sulle proprie opinioni. È essere pronti a cambiarle. Essere pronti a esplorare le idee, accettando il rischio di sbagliare. Per capire il mondo bisogna avere il coraggio di provare le idee, e riadattarle continuamente, per farle funzionare al meglio. La forza della scienza è proprio qui: la capacità di produrre idee nuove e di riuscire a chiarire quando un’idea è sbagliata. “Quelli che non sbagliano mai” (ne conosciamo tanti) sono quelli che restano intrappolati in vecchi errori. Einstein che sbaglia più di tutti e Einstein che capisce a fondo la natura più di chiunque altro non sono in contraddizione, sono due aspetti complementari e necessari della stessa profonda intelligenza: l’audacia del pensiero, il coraggio di rischiare, il non fidarsi delle idee ricevute, neanche delle proprie. Avere il coraggio di sbagliare, e soprattutto aver il coraggio di cambiare idea, non una volta ma ripetutamente, per poter trovare. Per poter, «provando e riprovando», come diceva Galileo, arrivare a capire. Penso che il grande Einstein, se avesse saputo che per ricordarlo elenchiamo i suoi errori, avrebbe fatto uno di quegli straordinari sorrisi sornioni di cui era capace, e ne sarebbe stato contento. L’importante non è aver ragione. È camminare lungo la strada per arrivare a capire.

EINSTEIN  e il NOBEL (1921)

Massimiano Bucchi, La diffidenza dell’Accademia e quel Nobel vinto a metà

«EINSTEIN non dovrà mai ricevere il premio Nobel, neanche se ce lo chiedesse il mondo intero!». Così, nel 1921, Allvar Gullstrand, membro di spicco dell’Accademia Reale delle Scienze di Svezia, chiuse perentoriamente una delle tante discussioni sull’opportunità di assegnare il premio Nobel per la fisica ad Albert Einstein. Da tempo il nome di Einstein veniva suggerito, quasi ogni anno, per il prestigioso riconoscimento. Ma per molti degli accademici chiamati a scegliere, la teoria della relatività era difficile da comprendere; Gullstrand la liquidò come mera speculazione, più metafisica che fisica. Forse sull’esitazione del Comitato Nobel pesò, almeno in parte, l’ostilità verso Einstein e la relatività sviluppatasi in alcuni settori scientifici e politici tedeschi. Di sicuro l’austero ambiente accademico svedese era imbarazzato, e forse perfino infastidito, dal crescente clamore mediatico intorno alla figura di Einstein. Da quel giorno del novembre 1919 in cui i maggiori quotidiani internazionali, tra cui il New York Times , avevano parlato in prima pagina di “trionfo” e la “rivoluzione”, dando notizia di risultati sperimentali in linea con la sua teoria, Einstein si era trasformato in una celebrità mondiale, inseguita ovunque dai media per un commento o una foto. Nel 1921, le proposte di assegnazione del Nobel ad Einstein erano ormai divenute una valanga. Qualcuno all’Accademia provò a far notare che ormai «Einstein era più famoso dello stesso premio Nobel», ma ancora una volta non ci fu nulla da fare: si preferì non assegnare il premio. Nel 1922 un’altra bocciatura per la relatività, ma un nuovo membro del Comitato, Carl Wilhelm Oseen, riuscì a proporre e fare accettare una soluzione inattesa: premiare Einstein «per la scoperta della legge dell’effetto fotoelettrico». Così furono assegnati due premi per la fisica: uno a Niels Bohr per l’anno in corso, il 1922; l’altro a Einstein, appunto, ma “retrodatato” al 1921, l’anno della mancata assegnazione. Tuttavia la relatività scottava ancora per l’Accademia, al punto che perfino sul diploma ufficiale, unico caso in tutta la storia del premio, si volle specificare: «Indipendentemente dal valore che (dopo eventuale conferma) possa essere attribuito alla teoria della relatività». Si raccomandò anche a Einstein di non menzionare la relatività nel suo discorso a Stoccolma. Raccomandazione inutile, perché lo scienziato ebbe la notizia quando si trovava su un piroscafo diretto in Giappone. Ricevette il premio l’estate successiva a Göteborg. In prima fila ad ascoltarlo, uno spettatore «desideroso di imparare qualcosa sulla relatività »: Re Gustavo V di Svezia. Oltre che specchio dei complessi rapporti tra scienza e politica tra le due guerre, la tribolata assegnazione del Nobel a Einstein è anche un esempio di quanto sia talvolta difficile, anche per gli scienziati, accettare e valutare idee nuove.
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Carlo Rovelli, Einstein. Infinitamente grande.
Si celebra il centenario della sua più bella scoperta: la relatività generale.
Ma è solo una delle sue cinque idee che hanno rivoluzionato la fisica, 
“Domenica – Il Sole 24 Ore”, 12 aprile 2015
Il 2015 è il centenario della più importante e più bella fra le scoperte di Albert Einstein (di cui ricorre, il 18 aprile, anche il sessantennale della morte): la teoria della relatività generale. E il mondo celebra, già da alcuni mesi, il maggiore scienziato degli ultimi tre secoli.
Non è facile riassumere quanto Einstein ha compreso sulla Natura, perché non si tratta di un solo risultato, ma di un insieme vasto e articolato di scoperte.  Voglio tuttavia cercare di farlo, per provare a orientare il lettore in apertura di questo anno in cui di Einstein si parlerà molto.  Io direi che le principali scoperte di Albert Einstein sono cinque.  Queste non esauriscano tutto quello che lo scienziato ha fatto, tutt’altro, ma ciascuna di esse ha cambiato la nostra visione del mondo in profondità e ciascuna rappresenta una colonna portante della nostra attuale comprensione della Natura.
Provo a illustrarle una alla volta, per poi discuterne la coerenza.  Il primo risultato di Einstein è la dimostrazione finale che la materia ha una struttura granulare: il mondo è fatto di atomi.  L’idea è ovviamente antica, risale a Leucippo e Democrito, ed è stata ampiamente utilizzata dalla chimica prima di Einstein.  Ma fino ad Einstein l’esistenza reale degli atomi restava un’ipotesi messa in dubbio da molti.  In un articolo di straordinaria bellezza tecnica, scritto a venticinque anni, Einstein parte da un fenomeno fisico, il movimento tremolante dei granelli di polvere immersi nell’acqua, e calcola le dimensioni degli atomi a partire dall’entità del tremolio, mostrando in maniera definitiva che questo tremolio è l’effetto degli urti sul granello delle singole molecole d’acqua.
Ventiquattro secoli dopo Democrito, ogni dubbio sulla reale esistenza degli atomi viene a cadere. L’idea su cui il lavoro è basata, legare la velocità a cui vediamo il granello muoversi nell’acqua all’entità del tremolio, è tutt’ora alla base di gran parte della moderna fisica statistica. Il secondo grande risultato di Einstein (quello per il quale ha ricevuto il Nobel), contemporaneo al primo e chiaramente legato ad esso, è la scoperta dei fotoni, cioè del fatto che anche la luce è fatta di granelli, di “atomi di luce”.  Anche in questo caso Einstein parte da un effetto fisico, l’effetto fotoelettrico: quando la luce cade su certi metalli produce una piccola corrente. Analizzando il dettaglio in cui questo avviene, Einstein deduce che la luce è fatta di “palline di luce”.  L’importanza di questa scoperta è stata capitale per la fisica moderna, perché si tratta del passo chiave verso la meccanica quantistica, la teoria che oggi descrive la relazione fra gli aspetti corpuscolari e ondulatori della realtà, e che è la base della fisica atomica, nucleare, della materia condensata, e di gran parte della tecnologia recente, come i computer. Il terzo grande passo di Einstein è stato l’inizio dello studio della struttura a larga scala dell’universo visibile. L’articolo scritto nel 1917 in cui apre questo campo di ricerca (all’inizio dell’articolo c’è una frase da capogiro: «Studiamo la natura a una scala grande rispetto alla distanza media fra le galassie») è il lavoro che fonda la cosmologia moderna, oggi uno dei settori della scienza più vivaci e in rapida crescita.
Il quarto risultato è il più grande, quello che stiamo celebrando quest’anno: la teoria della relatività generale.  La teoria spiega l’origine della forza di gravità di Newton, e al tempo stesso ne corregge le previsioni.  La forza fra masse distanti immaginata da Newton è spiegata come un effetto dell’incurvarsi dello spazio e del tempo.  Spazio e tempo sono come un foglio di gomma che si può piegare e tirare, e questo piegarsi è il motivo per cui cadono gli oggetti sulla terra, per cui la luna orbita intorno alla terra e i pianeti attorno al sole.
Le conseguenze della teoria sono molte, sbalorditive, e sono poi state tutte verificate negli anni seguenti: l’esistenza dei buchi neri, il rallentamento del tempo vicino ad una massa (se vivete in montagna invecchiate un pelino più in fretta che se vivete al mare), l’esistenza di onde di spazio, il fatto che l’universo che vediamo sia emerso da una grande esplosione iniziale, solo per fare qualche esempio.
Ho lasciato per ultima, al quinto posto, la teoria della relatività speciale, che è la teoria di Einstein più conosciuta dal pubblico. Per risolvere un apparente conflitto fra meccanica e teoria elettromagnetica, Einstein comprende che il tempo passa più lento quando si viaggia veloci e che è meglio pensare il mondo come uno “spaziotempo” unitario di quattro dimensioni, anziché considerare separati lo spazio (tridimensionale) e il tempo.  Ho lasciato per ultima questa scoperta non perché non sia importante – la teoria della relatività ristretta è oggi il linguaggio di base della relatività generale e di tutta la fisica delle particelle: è l’abbiccì di ogni fisico teorico -, ma solo per sottolineare il fatto che Einstein ha fatto ben più che questo.
Questo insieme di risultati lascia senza parole per vastità e profondità. All’inizio del ventesimo secolo, Albert Einstein ha intuito che il mondo è assai più complesso di come aveva mostrato la fisica classica, e ha aperto la porta su una realtà più ricca, sconcertante ma bella, e, una volta compresa, sostanzialmente più semplice di quanto credessimo.  In un certo senso, ha rimesso la scienza in cammino, dopo che il grande successo di Newton e poi Maxwell ci aveva fatto sedere sugli allori e credere, erroneamente, di essere arrivati vicino alla fine.
Ma il fascino di Albert Einstein va anche al di là della sua grandezza scientifica.  Le sue idee politiche, cosmopolite e intensamente pacifiste, il suo disprezzo per il valore della “patria”, i suoi conflitti interiori quando, per fermare Hitler, ha deciso di scrivere a Roosevelt di fare la bomba aprendo il secolo delle guerre nucleari, il suo amore per la musica e per la filosofia, il suo fanciullesco ma radicale ribellismo, che da ragazzo lo ha portato a detestare e abbandonare la scuola, e da adolescente a perdere tempo bighellonando per le strade di Pavia, e poi per tutta la vita vestire e pettinarsi fuori da ogni consuetudine, il suo ateismo sornione e divertito, pieno di scanzonate citazioni su Dio che più tardi molti si affanneranno ingenuamente a voler prendere sul serio, la sua amicizia con Charlie Chaplin, la serenità con la quale ha affrontato la morte, rifiutando di essere curato quando ha saputo di essere malato seriamente («Voglio andare quando decido io.  È di cattivo gusto prolungare artificialmente la vita. Ho fatto la mia parte, è tempo di andare».)… tutto questo fa di Albert Einstein, per molti di noi, un riferimento, un mito, un compagno di pensieri, un maestro vero, un dolce amico.
A. Einstein e C. Chaplin

A. Einstein e C. Chaplin, 1931

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