Nel Novembre 1915, Albert Einstein pubblicò quattro articoli - ad una settimana di distanza l'uno dall'altro, seguiti da un articolo riassuntivo nel Marzo del 1916 - nei quali egli illustrò la sua teoria della Relatività Generale e fece esplodere di colpo la consapevolezza collettiva della umanità. La precedente teoria di Einstein, la Relatività Speciale del 1905, lasciava già abbastanza perplessi, per il modo in cui legava in modo inestricabile lo spazio ed il tempo in una nuova entità: lo spazio-tempo. Ma almeno, in quella prima teoria, lo spazio-tempo rimaneva abbastanza confortevolmente familiare per le persone che avevano imparato a scuola la geometria Euclidea: le linee parellele non si incontravano mai, la somma degli angoli interni di un triangolo era di 180 gradi e lo spazio-tempo era piatto. Certo, ci voleva un pò di sforzo per capire la Relatività Speciale, specialmente il concetto di contemporaneità di un evento rispetto a due osservatori - ma niente a che vedere con le contorsioni cui si è costretti dalla Relatività Generale.
La nuova teoria mostrava invece uno spazio-tempo dinamico ed in continuo cambiamento, legato alla energia ed alla massa contenuti nell'Universo. Lo spazio stesso poteva essere piegato ed allungato dalla presenza della energia e della materia, come un telo di gommaQuesta nuova visione dell'Universo non venne accettata immediatamente. Non fu che nel 1919 che la comunità scientifica accettò l'idea, quando la spedizione navale di Sir Arthur Eddington nell'isola di Principe , allora dominio del Portogallo, mostrò una delle previsioni della Relatività Generale: la massa del Sole piegava i raggi di luce che passavano lì vicino, emessi da altre stelle più lontane. Il giorno dopo la presentazione di Eddington dei suoi risultati, il 6 Novembre 1919 davanti alla Royal Society, Einstein e la sua teoria divennero di colpo delle rock star della scienza, sulle prime pagine di tutti i maggiori giornali del mondo.
Però, anche prima del clamore del 1919, gli scienziati avevano incominciato ad esplorare quale potessero essere le conseguenze di questo nuovo paradigma. In uno dei suoi articoli del 1915 Einstein confrontò la gravità classica Newtoniana con la sua nuova teoria, e trovò delle differenze misurabili sulla precessione dell'orbita di Mercurio. Mercurio, come gli altri pianeti, segue una traiettoria ellittica attorno al Sole. Tuttavia l'asse maggiore di questa ellissi non rimane stabile nel tempo, ma ruota lentamente in un moto chiamato precessione. Entrambe le teorie, quella di Newton e quella di Einstein, prevedevano la presenza di un moto di precessione per l'orbita di Mercurio, ma la teoria di Einstein era in accordo con i dati misurati, mentre quella di Newton no.
Un'altro dei primi che esplorò le conseguenze delle idee di Einstein fu Karl Schwarzschild. Già scienziato di una certa fama, Schwarzschild si arruolò nell'esercito tedesco durante la Prima Guerra Mondiale. Mentre era in trincea, sul fronte Russo, contrasse una rara malattia autoimmune della pelle, della quale alla fine morì. Mandato a casa in convalescenza, Schwarzschild tornò alla sua passione per la scienza. Ad un mese dalla pubblicazione degli articoli del 1915, egli incominciò ad esplore le conseguenze delle teorie di Einstein. Mentre era a letto, piagato dalla malattia, con carta e matita Schwarzschild trovò una soluzione alle equazioni di Einstein nel caso in cui lo spazio poteva diventare estremamente piegato, quello che noi oggi chiamiamo un buco nero.A cento anni dalla pubblicazione, ora possiamo guardarci indietro e vedere gli impatti che la Relatività Generale ha avuto nel nostro modo di vedere l'Universo. A differenza delle prime diffidenze che accolsero la teoria cento anni fa, la comunità scientifica ha oggi fermamente abbracciato questa teoria, che ha una serie di conseguenze osservabili e misurabili.
Una di queste conseguenze è importante per la nostra vita moderna. Einstein predisse che, in aggiunta al familiare ( e non intuitivo!) cambiamento dello spazio-tempo misurato da osservatori in moto relativo quando la velocità si approssima a quella della luce, la misura del passare del tempo dipende anche dalla forza del campo gravitazionale nel punto in cui si effettua la misura. Questo implica che orologi che si trovano in un campo gravitazionale più forte rallentano rispetto ad orologi che si trovano in un campo gravitazionale più debole. Questa previsione venne confermata per la prima volta nel 1971, quando Joseph C. Hafele della Washington University di St. Louis e Richard E. Keating dell' United States Naval Observatory, fecero volare attorno al mondo a bordo di aeroplani, ad una certa altezza da terra (e quindi in un campo gravitazionale leggermente minore) quattro orologi atomici di precisione confrontando il tempo misurato con quello di un insieme di orologi identici a terra nel loro laboratorio. Quando venne fatto il confronto, venne misurata una piccola differenza di tempo in esatto accordo con la Relatività Generale.
Gli scettici contemporanei della Relatività Generale amano mettere in luce le modalità con cui l'esperimento venne realizzato da Hafele e Keating, ma l'eperimento è stato ripetuto parecchie volte negli scorsi 44 anni. In realtà, l' orologio di precisione allo stronzio, costruito dalla JILA - un istituto costituito dalla Università del Colorado e dal National Institute of Standards and Technology - è così preciso che è in grado di misurare differenze di tempo se due di tali orologi sono posti a soli 2 cm. di differenza di altezza l'uno rispetto all'altro.
Più praticamente, la Relatività Generale ha una diretta conseguenza per il sistema GPS che si trova dentro al tuo telefonino. Poichè il sistema funziona confrontando il tempo di orologi in orbita con quello di orologi a terra, il fatto che gli orologi a bordo dei satelliti GPS vanno più veloci delle loro controparti terrestri deve essere tenuto in conto nel fare i calcoli che determinano la posizione. Se nei calcoli non si tenesse conto delle correzioni richieste dalla Relatività Generale, la differenza di tempo negli orologi farebbe si che la posizione indicata dal sistema GPS risulterebbe errata. E l'effetto non è per nulla piccolo. Ogni giorno, questa differenza sarebbe di circa 6 miglia (10 chilometri)! Se non si utilizzasse la correzione richiesta dalla Relatività Generale, ben presto il sistema GPS diventerebbe completamente inutile.Un altro trionfo della teoria di Einstein impiega la stessa tecnica utilizzata ada Eddington per misurare la deflessione della luce dovuta alla attrazione gravitazionale di una grande massa. Usando al contrario una versione migliorata dello stesso metodo, gli scienziati utilizzano la distorsione della luce proveniente da galassie lontane per misurare la massa dell'Universo.
C'è un'altra previsione della Relatività Generale che non ha ancora ricevuto una conferma diretta. Se una massa è in grado di distorcere lo spazio, due grandi masse in rapido movimento possono provocare delle vibrazioni dello spazio - che gli scienziati hanno battezzato onde gravitazionali. Nel 1974, Russell A. Hulse e Joseph H. Taylor Jr. dalla University of Massachusetts Amherst scoprirono una pulsar binaria. Una pulsar è una stella di neutroni, molto piccola e pesantissima, in rapida rotazione su sè stessa che emette con regolarità segnali radio. Nel caso dell'oggetto scoperto da Hulse e Taylor, la pulsar orbita assieme ad un altro oggetto stellare molto denso. Osservando questo sistema binario, essi notarono che il periodo orbitale andava lentissimamente diminuendo nel corso degli anni - più precisamente, 75 milionesimi di secondo all'anno. Si ritiene che questo declino sia dovuto alla perdita di energia del sistema mentre emette delle onde gravitazionali. La osservazione è stata abbastanza convincente da fruttare ai due scienziati il premio Nobel per la fisica nel 1993, ma sarebbe ancora meglio procedere ad una misura diretta delle onde gravitazionali.
Una serie di esperimenti sono in corso sulla Terra e nello spazio. Con questi esperimenti, gli scienziati sperano di osservare direttamente le piccolissime distorsioni dello spazio provocate dal passaggio di un'onda gravitazionale. Si pensa che onde di ampiezza sufficiente per essere misurate possano essere create solo da violenti fenomeni astronomici, come la fusione di due buchi neri uno nell'altro. Quando verranno osservate direttamente, le onde gravitazionali rappresenteranno il coronamento della teoria di Einstein.
Non c'è assolutamente nessun dubbio sul fatto che la teoria di Einstein della Relatività Generale rappresenti uno tra i risultati intellettuali più impressionanti di tutti i tempi. La nostra concezione precedente dello spazio e del tempo e la nostra conoscenza dell'Universo si sono rivelati abbastanza errati. Lo spazio si allunga e si piega sotto l'influenza della materia e della energia, l'Universo è un luogo dinamico in continuo mutamento la cui forma muta e si espande. La materia e l'energia sono intimamente interconnessi con la forma e la geometria dello spazio e del tempo.





