Onde gravitazionali: il lungo viaggio della scienza | Gabriela González | TEDxCórdoba

Questo intervento è stato presentato a un evento TEDx, che utilizza il format della conferenza TED ma è stato organizzato in maniera indipendente da una comunità locale.

Per maggiori informazioni, visita il sito http://ted.com/tedx

Gabriela è una famosa scienziata cordovana. Ci propone una riflessione sulla domanda che più frequentemente le hanno rivolto dopo aver divulgato la scoperta delle onde gravitazionali: a cosa serve la scienza?

1300 milioni di anni fa,

esistevano due immensi buchi neri
che ballavano il tango.

E, mentre ballavano,
formavano ondulazioni nello spazio-tempo,

deformazioni dello spazio-tempo.

E si avvicinavano sempre di più,
girando di volta in volta più rapidamente,

quasi alla velocità della luce,

fino a quando in un abbraccio
formarono un unico buco nero,

60 volte più grande della massa del sole,

in un raggio di 200 km.

E queste onde gravitazionali trasmisero
il messaggio di questo abbraccio

al resto dell'universo,
alla velocità della luce.

Tutto ciò può sembrare
un film hollywoodiano di fantascienza,

ma in realtà accadde sul serio.

Siamo certi della sua veridicità
perché abbiamo misurato queste onde

lo scorso anno, nel 2015.

Anche la storia di questa scoperta
risale a molto tempo fa.

Quando si verificò questo fenomeno,
1300 milioni di anni fa,

in una lontanissima galassia,

sulla Terra iniziavano a comparire
i primi organismi pluricellulari.

La vita e l'umanità crebbero,
e le società si evolsero

e poco più di 100 anni fa, nel 1915,

Einstein pubblicò la sua teoria
della relatività generale,

che è una teoria della gravità.

Relatività e gravità sembrano non essere
la stessa cosa, e invece lo sono.

Secondo la sua teoria,
due masse si attraggono,

due buchi neri, o la Terra
e il Sole, si attraggono,

non perché ci sia una forza di gravità,
come ci insegnano a scuola,

ma perché, in base a questa teoria,
tutte le masse deformano lo spazio-tempo.

Accade la stessa cosa
di quando ci sdraiamo su un materasso.

Quando ci sdraiamo sul letto,
essendo una massa,

deformiamo il materasso,
creando una sorta di buco.

E se si sdraia qualcun altro sul letto,
rotola e si avvicina a noi.

Così è come Einstein
si immaginava la forza di gravità.

Il Sole deforma lo spazio-tempo,

ma la Terra non avverte immediatamente
questa forza di gravità.

Quello che fa invece è vedere
questa curvatura dello spazio-tempo

per poi girare intorno al Sole,
come tutti già sappiamo.

Cos'è lo spazio-tempo?

Dobbiamo immaginarci lo spazio-tempo
come se fosse una griglia,

una griglia non bidimensionale
ma di tre dimensioni,

le tre dimensioni spaziali
che possiamo misurare con righe,

a cui si aggiunge il tempo,
misurabile con orologi.

Una griglia fatta di righe e orologi,
quindi di quattro dimensioni.

E tutte sono collegate tra di loro.

Secondo la teoria di Einstein,
questo è lo spazio-tempo che si deforma.

La teoria è molto complicata

ma quello che importa delle teorie
sono le predizioni

e verificare se queste predizioni
sono dimostrabili oppure no,

così da poter credere o meno alla teoria.

E questa teoria di Einstein
ha varie predizioni,

tutte pazzesche, davvero incredibili.

Ad esempio, secondo la prima predizione,
che venne confermata nel 1919,

la luce non viaggia in linea retta.

Al contrario, quando passa vicino
a una massa, viene deviata,

si piega un po', per una certa quantità.

Il tutto venne verificato nel 1919
e la teoria guadagnò così credito.

Ma esistevano anche altre predizioni.

Ad esempio, secondo la teoria
dello spazio e del tempo,

gli orologi non sempre sono sincronizzati.

Se tutti noi qui presenti, ora,

prendessimo orologi atomici
sincronizzati al microsecondo,

e poi voi ve ne andaste sull'Everest,

i nostri orologi
non sarebbero più sincronizzati.

Il vostro sarà sempre più avanti del mio.

E perché questo?

Perché lo spazio-tempo è dinamico

e il vostro orologio è più lontano
dalla Terra rispetto al mio.

È vero che distanza e gravità cambiano,
ma cambia anche il tempo.

Un'altra predizione fu quella
delle onde gravitazionali.

Dato che lo spazio-tempo è deformato
da masse che sono in movimento,

anche queste increspature
dello spazio-tempo si muovono

e viaggiano alla velocità della luce.

E quello che fanno è distanziarsi

e distendersi e piegarsi,
distendersi e piegarsi,

in base alla distanza.

Ma quando Einstein
o altri scienziati suoi seguaci

si mettevano a calcolare
quanto si deformava la distanza,

il risultato era minimo.

Addirittura Einstein scrisse
che forse non si sarebbe mai misurata.

E molte persone pensavano
che avesse ragione,

che era una di quelle predizioni
non calcolabili.

Come già vi ho detto, è una lunga storia.

Negli anni '70 invece, alcuni pensarono
che si sarebbe potuta calcolare.

Esistono degli strumenti,
molto usati in fisica e in ingegneria,

per misurare le distanze
in modo molto preciso.

chiamati interferometri.

Interferometri perché usano la luce
e l'interferenza della luce.

Prendiamo un fascio di luce
e lo suddividiamo in due

con uno specchio semiriflettente.

Poi li facciamo riflettere
su altri specchi

e quando i due fasci tornano indietro,
interferiscono tra di loro

di modo che le onde,
interferendo, si distruggono

e non si genera luce all'uscita
se le due distanze sono uguali.

Ma se una si accorcia
e l'altra si allunga, e viceversa,

allora l'interferenza
non è completamente distruttiva

e possiamo vedere, o no, un po' di luce.

Cioè, misurando con una fotocellula
quanta luce c'è all'uscita,

si può misurare la differenza di distanza
tra questa distanza e quella distanza.

Sembra semplice per misurare la distanza,
e in effetti lo si usa molto,

ma quanto bisogna misurare?

Questo era il grande interrogativo.

La teoria predice che,
a causa di questi buchi neri,

la distanza tra il Sole e la Terra

cambiò del diametro di atomo,

mentre tutte le altre distanze più piccole
cambiarono di molto meno.

Negli anni '70, alcuni scienziati
del Massachusetts Institute of Technology,

dissero che tutto questo
si sarebbe potuto misurare

se si fossero costruiti interferometri

lunghi 4 km, a vuoto,
con degli specchi attaccati.

In questo modo avremmo potuto misurare
la differenza tra questi 4 km e quei 4 km

di un millesimo di protone.

Molti si misero a ridere; altri no.

Molti altri iniziarono a crederci.

L'agenzia nazionale per la scienza
degli Stati Uniti scommise a suo favore,

negli anni '90.

Dagli anni '70 fino agli '90,

si costruirono questi interferometri,

due interferometri LIGO, uno a Washington

e l'altro in Luisiana,
vicino a dove vivo io,

a 3000 km di distanza.

La loro costruzione terminò
negli anni 2000.

Venne prodotta una tecnologia
di prima generazione che funzionò bene.

Con essa non si scoprirono
le onde gravitazionali,

ma si era coscienti che bisognava
progredire di più nella tecnologia.

Nel 2010 iniziò a svilupparsi
una tecnologia di seconda generazione.

Funzionò.

Continua a funzionare, più o meno.

Nel 2015 ci dicemmo che avremmo
dovuto iniziare a osservare i risultati

nonostante dovessimo lavorare
ancora molto sui rivelatori.

Nel 2015 iniziammo a raccogliere dati
con questi due rivelatori.

E a settembre, il 14 settembre del 2015,

queste fotocellule ci dissero
che a 3000 km di distanza

c'erano dei segnali che comunicavano
la presenza di questa onda gravitazionale.

Non ci potevamo credere.

(Suono)

E a dicembre successe di nuovo.

Ascoltate!

(Suono)

Questo suono fu per noi incredibile.

Ne restammo meravigliati.

Ci lasciò a bocca aperta,
e poi ci fece saltare di gioia.

Questo è il suono dell'universo.

È la musica dell'universo.

Ci sembrò che da questo momento...

Prima di questo, guardavamo l'universo

con onde elettromagnetiche,
con telescopi e osservatori.

Invece ora lo stavamo ascoltando
attraverso le onde gravitazionali.

Avevamo aggiunto un altro senso.

Da quel momento, non solo lavorammo
per misurare più onde gravitazionali,

ma iniziammo anche a parlarne.

Molti mi chiedono a cosa servano
le onde gravitazionali.

E anche io mi domando:
"A cosa servono le onde gravitazionali?"

A cosa serve l'astrofisica?

A cosa serve la scienza?

Ah, questo sì.

Tutti sappiamo a cosa serve la scienza.

Tutti i progressi tecnologici usati
nell'ambito delle comunicazioni,

del trasporto e della medicina,
si basano sulla scienza.

Questo lo sappiamo tutti.

Ma le onde gravitazionali?
E l'astrofisica?

In realtà, quello della scienza
è un viaggio molto lungo.

Inizia con semplici teorie
riguardo il funzionamento dell'universo,

e poi esse vengono applicate.

Prima di tutto si dimostra
se le teorie sono buone o meno.

Poi si ricercano applicazioni pratiche,

in genere su altri effetti
fisici o chimici.

A partire da qui, gli ingegneri
costruiscono strumenti di precisione.

E infine, a volte,
vengono fuori tecnologie utili.

Se avessero chiesto ad Einstein,
nel 1915: "A cosa serve la sua teoria?"

Lui avrebbe risposto:

"Per capire meglio l'universo,
per spiegare la gravità.

A cos'altro dovrebbe servire una teoria?"

Tuttavia, oggi, molti di voi
useranno la teoria della relatività

se, uscendo da qui, dovranno recarsi
in un posto sconosciuto.

Questo perché il GPS ha bisogno
della teoria della relatività.

Ha bisogno di molte altre cose,

ma se non considera
che gli orologi nei satelliti dei GPS

e l'orologio del nostro telefono
non sono sincronizzati

perché si trovano
a distanze diverse dalla Terra,

il GPS ci porterebbe nel luogo sbagliato.

E io, che lo uso sempre, mi perderei.

Quindi, la teoria della relatività,
quasi 100 anni dopo,

ha applicazioni pratiche.

E questo si verifica con ogni cosa.

La scienza impiega molto tempo

nel produrre applicazioni
utili e tecnologiche.

Molte sono le persone che,
in base alle loro capacità, vi lavorano.

Pensiamo a quali tecnologie
non avremmo oggi

se non ci fossero state invenzioni,

se non si fossero fatte delle ricerche,

100 anni fa, sugli effetti di base
in fisica, chimica e matematica.

Tantissime tecnologie, oggi,
non esisterebbero.

Il laser, il GPS, la medicina,
le applicazioni della medicina.

Un mucchio di tecnologie.

La sfida che vi presento è la seguente.

Pensate a quando venite a sapere
di una scoperta,

come quella delle onde gravitazionali

o di una qualsiasi altra scoperta
di astronomia, fisica, matematica,

di cui, più volte durante l'anno,
parlano i telegiornali.

Quando verrete a sapere
di queste scoperte, chiedetevi:

"Quali saranno le tecnologie che,
tra 100 anni, useranno queste teorie?"

Questa è la sfida che vi lancio.

Grazie.

(Applausi)