Il lenzuolo scrollato

Primo pomeriggio, cortile interno di un palazzo qualsiasi di una cittadina qualunque, silenzio surreale da fase digestiva rotto soltanto da qualche strillo catodico; dalle finestre e dai balconi, in modo apparentemente casuale, escono le massaie a sbattere con forza le tovaglie per liberarle dalle briciole del pranzo. Immagini di altri tempi ormai, abitudini che richiamavano le nostre recenti radici rurali, comportamenti tutti tesi ad eliminare ogni spreco, ed ecco che le briciole diventavano cibo per gli animali da cortile. Non importava che nel cortile condominiale non ci fossero polli e galline e le uniche bestie fossero qualche gatto e i soliti piccioni, la tovaglia andava scrollata fuori, un gesto che è improvvisamente diventato arcaico.

In quell'atto energico e deciso che si ripercuote sulla stoffa c'è però anche molta fisica, o meglio ci sono molti spunti per parlare di fisica (oltre che di sociologia)  a partire dalla teoria ondulatoria ad arrivare alle onde gravitazionali, passando per la il tessuto spazio-temporale e la relatività generale.

Quindi il lenzuolo si presta bene per analogie del mondo fisico reale ed io non posso che approfittarne.

La prima cosa stupefacente è l'onda, un concetto che ci pare familiare, soprattutto se osserviamo il mare ma che cela uno dei misteri più profondi dell'universo: l'onda non è spostamento di materia bensì è trasporto di energia, ed è proprio l'energia del movimento sul lenzuolo che lo attraversa completamente con movenza ondulatoria; però per propagarsi l'onda ha bisogno di un mezzo, il lenzuolo, senza il quale il gesto di scuoterlo non avrebbe alcun effetto. E le onde elettromagnetiche? La luce, le radiazioni, le onde radio? Su quale lenzuolo viaggiano? Evidentemente anche il vuoto che separa per esempio il Sole dalla Terra non è ciò che immaginiamo poter essere esattamente il nulla, visto che in esso l'energia si propaga sotto forma di onde. In passato si era pensato che lo spazio che ci circonda fosse intriso di una qualche sostanza invisibile chiamata etere ma gli esperimenti del secolo scorso ne hanno escluso l'esistenza.

La teoria oggi più accettata ci dice che lo spazio a livello microscopico (metri zero, seguito da 35 zeri) è simile ad una schiuma ribollente in cui le coppie di materia ed antimateria si creano e si annichiliscono in un tempo per noi impercettibile; ma i fotoni della meccanica quantistica (quelli immaginati di Einstein) non avrebbero più bisogno di un mezzo sul quale spostarsi in quanto essi stessi particelle, e quindi simili anche ad una minuscola biglia scagliata nel vuoto. Quindi il fotone è si un onda ma impacchettata, ed è anche il mezzo per trasportare l'onda stessa!

Poi il lenzuolo teso si presta ad immaginare il tessuto spaziale, immersi nel quale gli oggetti massivi creano una buca che rappresenta l'effetto gravitazionale che hanno i corpi sullo spazio-tempo deformandolo. Sono queste pieghe, più o meno profonde a secondo della massa, che risucchiano gli oggetti che passano nei paraggi, e sono queste deformazioni a deviare i raggi di luce che viaggiano per l'universo e che hanno permesso la prima verifica della teoria della relatività generale.

Infine possiamo pensare alle onde sul lenzuolo come alle increspature gravitazionali che dovrebbero propagarsi nell'universo a seguito di qualche fenomeno particolarmente violento; infatti una esplosione di supernova o lo stesso primordiale big bang dovrebbero aver creato l'effetto di scuotimento che riproduce il gesto sul lenzuolo ed alcune onde, minuscole e quasi impercettibili, potrebbero attraversare il nostro spazio-tempo anche in questo momento, anche se fino ad ora nessuno è riuscito a rilevarle.




Se è pur vero che il lenzuolo rappresenta una superficie bidimensionale e che solo le onde che lo attraversano gli impongono tridimensionalità, il nostro mondo che da tridimensionale diventa un "cronotopo" con l'aggiunta del tempo, può essere percepito proprio grazie all'analogia che permette al lenzuolo di diventare il nostro universo immaginario, nella speranza che il pranzo non finisca troppo presto e di non essere scrollati via.

Relativamente alla relatività

Difficile immaginarsi come la relatività einsteiniana possa influire quotidianamente sulle nostre vite eppure, ormai si è detto e ridetto, uno degli oggetti Hi-Tech più comunemente diffuso come il GPS, funziona correttamente grazie agli aggiustamenti dovuti alla teoria del tempo relativo; in pratica gli orologi atomici presenti a bordo dei satelliti del Global Positioning System non scandiscono i secondi allo stesso ritmo di quelli sulla terra bensì subiscono due diversi effetti relativistici, uno dovuto alla velocità del satellite (secondo la teoria della relatività ristretta l'orologio rallenta di 7 microsecondi ogni 24 ore) ed uno dovuto ad una minore curvatura dello spazio-tempo a livello dell'orbita (secondo la teoria della relatività generale l'orologio accelera di 45 microsecondi ogni 24 ore); il secondo effetto è quello meno conosciuto anche se è quello preponderante, e si spiega con il fatto che più un orologio è vicino ad un centro di gravità (per non pagare il copyright a Battiato diciamo ad una massa gravitazionale) e più rallenta, cosi che gli orologi sui satelliti, essendo a maggiore distanza di noi che siamo sulla superficie terrestre, viaggiano più velocemente (con la buona pace di chi risiede in montagna e vive mediamente nell'arco di una esistenza  un secondo in meno di chi sta al mare).

Diciamo per completezza che la teoria non spiega l'origine del fenomeno ma ne prevede il comportamento in maniera strabiliante, a tal punto che da essa si è potuto ricostruire l'evoluzione gravitazionale dell'universo fino a pronosticare l'esistenza del big bang, la genesi iniziale; in fondo tutta la fama che ha circondato ed ancora investe la figura di Einstein è meritata se pensiamo a quante conferme della teoria, vecchia ormai 100 anni (ma anche più vecchia se fossimo nello spazio siderale), abbiamo potuto osservare nei decenni a seguire: ma come facciamo noi a digiuno di matematica ad immaginare un meccanismo tanto curioso quanto lontano dalla nostra esperienza?

Torniamo ad una analogia che ritengo proficua, quella dei due filmati girati e poi proiettati parallelamente ma questa volta immaginiamo di essere gli attori principali della pellicola: il primo film lo abbiamo girato sulla Stazione Spaziale Internazionale mentre il secondo, con stessa sceneggiatura, sulla terra all'interno del simulatore che riproduce in maniera identica la stazione orbitante. Poi dovremmo sincronizzare i motori delle due telecamere tenendo conto dei due effetti prima descritti a proposito del GPS e quindi dovremmo far girare la pellicola sulla stazione in orbita più lentamente (45 microsecondi ai quali sottrarre i 7 sarebbero 38 microsecondi ogni 24h). Quale sarà il risultato quando proietteremo alla velocità terrestre le due pellicole girate nei due ambienti apparentemente uguali?

Vedremmo quello che è successo relativamente all'osservatore terrestre, e cioè nel filmato girato in orbita la scena avrebbe un "effetto comiche" con gli attori che si muovono velocemente, mentre il filmato girato sulla Terra avrebbe una velocità corretta (in realtà la differenza è talmente piccola che non percepiremmo la differenza ad occhio nudo ma pensiamo di esaltarne l'effetto);

dobbiamo però aggiungere che basterebbe cambiare il punto di vista (guardando l'effetto da chi sta sulla stazione in orbita), accelerare di 38 microsecondi la ripresa fatta sulla Terra,  e vedremmo il filmato girato nella scenografia del simulatore spaziale andare al rallentatore.