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)