E = mc², la Teoria della relatività compie cent’anni

Tutto è relativo a questo mondo. Tutto, tranne la cultura pop. L’ha imparato, suo malgrado, anche Albert Einstein, lo scienziato geniale che ci ha insegnato come funziona l’universo. Se spazio e tempo non sono misure assolute, ma deformabili, a seconda del sistema (velocità, gravità, massa, energia) in cui sta l’osservatore, le icone popolari sembrano abbattere tutte le dimensioni conosciute dalla fisica. E a volte anche quelle della fantascienza. Altrimenti non si spiega come l’equazione E = mc² possa diventare il titolo dell’undicesimo album di Mariah Carey, pubblicato nel 2008 o l’ispirazione per una nuova Bmx (la Einstein Flip) capace di eseguire testacoda all’indietro di 360 gradi. A cento anni dalla presentazione della Teoria della relatività generale, che avveniva a Berlino il 25 novembre 1915, la figura del fisico di Ulm continua a orbitare attorno a noi in manifestazioni decisamente più prosaiche rispetto ai complicati meccanismi che governano la natura.

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Eppure Albert Einstein vive ancora oggi nella cultura popolare sotto svariate forme, alla pari di altre icone contemporanee come Marylin Monroe o Elvis Presley, riconosciuto e venerato sebbene solo pochi conoscano il significato delle sue formule. I primi a fare di Einstein un prodotto da “pop art” sono stati i favolosi quattro, The Beatles, inserendo la sagoma dello scienziato nella copertina di Sgt Pep-per’s Lonely Club Heart Band. Poi il fisico è finito in un testo cantato da Bob Dylan in Desolation Row, dipinto in serie da Andy Warhol, messo in musica per opera da Philip Glass, sul palcoscenico dei balletti della Rambert Dance Company, e perfino nei videogiochi, come in Red Alter 2. All’elenco non manca il cinema: con il volto di Yoda, il maestro Jedi di Star Wars, e pure quello di Et di Spielberg, che sono stati modellati sui lineamenti (rigorosamente invecchiati di cent’anni) e i movimenti degli occhi del fisico tedesco. Ma come è diventato un oscuro impiegato del registro brevetti di Zurigo un prodotto senza tempo della pop art? Sappiamo da testimonianze storiche, raccolte nella monumentale biografia di Walter Isaacson, che Albert Einstein non amava affatto la celebrità, ma la usava abilmente per diffondere il suo impegno politico, antimilitarista e pacifista. Il suo successo popolare, infatti, si deve solo in parte dalle sue scoperte scientifiche. Certo, quando nel 1933 emigrò negli Stati Uniti, aveva già ottenuto il premio Nobel (1921) e le sue scoperte scientifiche erano talmente rivoluzionarie da sollecitare anche i cittadini più distratti. Eppure, è stata una coincidenza “astrale” a trasformare il fisico in un’icona: l’incontro con la nascente società dei mass media, radio, stampa a larga diffusione e primi cinegiornali. Einstein aveva, è il caso di dirlo, il physique du role perfetto per il villaggio globale: lo scienziato geniale, ironico e un po’ eccentrico.

1874Albert Einstein nasce a Ulm, nel Baden-Württemberg, in Germania

1896Si diploma ad Arau in Svizzera

1900Conclude gli studi al Politecnico di Zurigo, unico tra i promossi in Fisica a cui non viene assegnata una cattedra di insegnamento

1903 Dopo il diploma, trova un lavoro all’ufficio brevetti di Berna

1905 Nel giro di sette mesi pubblica sei lavori che cambiano la storia della scienza, tra cui la Teoria della relatività ristretta che contiene la formula E = mc

1909Pubblica uno studio sulla quantizzazione della luce

1914-1933È direttore dell’Istituto di fisica di Berlino

1915Il 25 novembre presenta la teoria della relatività generale

1921Ottiene il premio Nobel

1933Si trasferisce negli Usa a causa delle persecuzioni antisemite della Germania nazista

1934Prosegue le sue ricerche presso l’Istitute for advanced studies di Princeton

18 aprile 1955Muore all’ospedale di Princeton

Porte aperte sul futuro«Quando corteggi una bella ragazza un’ora sembra durare pochi secondi. Se invece cammini sui carboni ardenti un secondo sembrerà un’ora. Ecco questa è la relatività». Albert Einstein sintetizzava anche così la «più bella delle teorie», come l’ha definita il grande fisico russo Lev Landau, quella scoperta che cento anni fa ha cambiato il corso della scienza e il modo con cui noi guardiamo il mondo. A rilegger queste frasi, pare di vederlo mentre le pronuncia, rispondendo per la milionesima volta alle richieste di delucidazione sulla teoria della relatività: una nuvola di capelli bianchi, baffoni sale e pepe in stile tardo impero e il volto sornione e melanconico che si apre all’improvviso in una linguaccia spiritosa. A proposito, la foto autografata che lo ritrae a lingua in fuori, una delle immagini più note della storia, è stata battuta all’asta nel 2009 per 74 mila dollari.Se per molti Einstein è l’archetipo dello scienziato, per la storia dell’umanità è qualcosa di più, l’uomo che ha risolto le contraddizioni della fisica classica e ci ha aperto le porte del futuro. Nel 1905 pubblica tre lavori rivoluzionari, tra cui quello della relatività ristretta, in cui dilatazione del tempo e contrazione delle lunghezze entrano nel nostro vocabolario. All’epoca vive a Berna, dove lavora all’ufficio brevetti. La cattedra universitaria al Politecnico di Zurigo gli è stata negata. Il suo carattere è indipendente e anticonformista, una personalità che spesso lo mette in conflitto con il corpo docente. Ebbene nel 1905, suo annus mirabilis, ad appena 26 anni elabora la formula più celebre della storia della fisica, la materia equivale all’energia. Pochi movimenti di gessetto per sintetizzare la realtà e superare le contraddizioni tra il mondo descritto da Galileo, secondo cui le leggi fisiche sono le stesse per tutti i sistemi inerziali, e quello dell’elettromagnetismo di Maxwell, per il quale la luce viaggia sempre alla stessa velocità. Ma non è abbastanza per Einstein unire le due grandi teorie che hanno governato la fisica negli ultimi 400 anni. Da queste ricerche, lo scienziato comprende che resta fuori la gravità, il motivo per cui cadono le cose, descritto da Newton. Ci metterà dieci anni di studi per arrivare a formulare la teoria della relatività generale, secondo la quale spazio e tempo non sono cornici immutabili. Il mondo di Newton, quello secondo cui la gravità è una forza a distanza, ne esce capovolto. Einstein intuisce che lo spazio e gravità coincidono perché l’universo non è una scatola vuota, bensì un elastico che si deforma e si curva a seconda della masse (pianeti) che lo attraversano. È, quindi, la gravitazione che altera lo spazio-tempo. La gravità pertanto è geometria, una curvatura che, tanto più è estrema, tanto il tempo scorre più lentamente.

Relatività quotidianaAlbert Einstein è un brand universale e la sua formula un logo riconosciuto. Il suo genio vive nelle aule universitarie e nella ricerca. Ma non solo. Le scoperte del Nobel tedesco fanno parte della nostra quotidianità terrena. Qualche esempio? Gli studi sull’effetto fotoelettrico, che gli valsero il Nobel nel 1921, sono alla base della fisica quantistica, cui si deve lo sviluppo di tutte le tecnologie digitali, dai transistor ai microchip. Le ricerche sulla relatività ristretta, inoltre, sono correlate a quelli sull’energia nucleare. L’applicazione della teoria della relatività più evidente ai nostri giorni è il sistema di posizionamento Gps, che ci permette di sapere collocazione e orario grazie ai segnali satellitari. I corpi in orbita, infatti, viaggiano a una velocità diversa dalla Terra, a 8 chilometri al secondo e su di essi risente in modo diverso la gravità terrestre, visto che si trovano a 20 mila km da noi. Ebbene, gli orologi a bordo della rete di 31 satelliti Gps attivi sono corretti dai computer proprio per effetto della relatività, e questo succede per via di questi due fattori. Il primo è che la velocità relativa di spostamento rispetto alla Terra rallenta il tempo di 7 microsecondi al giorno, mentre il potenziale gravitazionale, minore sull’orbita del satellite rispetto al nostro pianeta, lo accelera di 45 microsecondi. Pertanto il bilancio è di un’accelerazione di 38 microsecondi. Senza la comprensione della teoria di Einstein, il Gps potrebbe sì funzionare, ma con un errore di posizionamento di diversi chilometri. E le scoperte di Einstein sono ancora oggetto di studi avanzati. Lo conferma Salvatore Capozziello, docente di Astronomia e astrofisica all’Università di Napoli, che è anche il presidente del Sigrav, la Società italiana di relatività generale e fisica della gravitazione. «Seguiamo tantissimi campi di applicazione della più bella delle teorie: dall’astrofisica alla cosmologia fino a quelli che cercano di svelarci le componenti dell’universo, materia ed energia oscure. Tra queste ricerche che riprendono il filone di scoperte einsteiniane, forse la più importante è lo studio per dimostrare l’esistenza delle onde gravitazionali. Questa è una sfida che coinvolge centri di ricerca in tutto il mondo, per provare che queste perturbazioni dello spazio-tempo si muovono alla velocità della luce». Questa scoperta potrebbe riprendere la strada già aperta da Einstein, ma che lui non ebbe il tempo di percorrere: ovvero unificare la teoria della relatività con la meccanica quantistica dimostrando che le «onde gravitazionali si propagano come quanti di luce».

Piccoli Einstein cresconoPaese di santi, poeti e navigatori. Vero ma fino a un certo punto. I cinque Nobel per la fisica – da Marconi a Fermi fino a Rubbia – ci raccontano che l’Italia è anche un Paese di scienziati di livello mondiale. E queste vette raggiunte da nostri connazionali sono solo la punta dell’iceberg. Secondo i dati AlmaLaurea, i laureati in materie scientifiche superano il 40% del totale, una percentuale molto più alta di tanti Stati Ocse. Tra cui gli Usa, dove i giovani scienziati sono appena il 26%. Solo che poi università, centri di ricerca e industrie americani si rivelano particolarmente attraenti per i nostri laureati. Si stima che il 30% dei fisici italiani espatri per trovare occasioni di lavoro che valorizzino maggiormente i propri studi. Dice Silvia Ghiselli, responsabile delle indagini AlmaLaurea: «Aumentano gli immatricolati e diminuiscono gli abbandoni. La laurea in Fisica sta tornando in auge. Anche se i numeri sono piccoli, parliamo di circa 3 mila nuovi iscritti ogni anno, segnaliamo quindi un trend molto positivo, dove il tasso di occupazione post-laurea e di valorizzazione degli studi è molto alto».