La velocità della forza di gravità.

Forza di gravità

La forza di gravità è ancora un fenomeno in parte sconosciuto.

Forza di gravità, questa sconosciuta. E’ l’interazione che si manifesta in maniera evidente solo per corpi di una massa significativa, ed è l’unica delle 4 forze fondamentali che non si riesce ancora del tutto comprendere.

In natura, tutti i fenomeni fisici sono riconducibili a quattro interazioni fondamentali: l’interazione elettromagnetica, l’interazione nucleare forte, l’interazione nucleare debole e, appunto, l’interazione gravitazionale. Grazie a queste forze è possibile descrivere tutti i fenomeni a qualsiasi scala di distanza e di energia.

Da decenni i fisici si arrovellano per cercare di descrivere con un’unica formula, conosciuta anche come Teoria del Tutto, l’insieme di queste interazioni,  ma ci sono ancora fenomeni fisici che sfuggono alla nostra comprensione, molti dei quali sono legati al fatto che non conosciamo ancora con certezza come agisce la gravità.

Gli esperimenti inteferometrici LIGO e VIRGO, di cui abbiamo parlato qualche tempo fa e assurti agli onori della cronaca per aver rilevato le onde gravitazionali generate da mastodontiche fusioni tra buchi neri e, di recente, stelle di neutroni, sono stati concepiti proprio per comprendere sempre meglio come funziona questa forza fondamentale.

Proprio questi esperimenti hanno permesso di definire, finalmente, una delle caratteristiche della forza di gravità non ancora ben determinate, la sua velocità di propagazione.

La fisica di Newton assegna all’interazione gravitazionale una velocità infinita, ma Einstein ha confutato questa ipotesi affermando che questa forza si deve muovere nello spazio; peccato che fino ad oggi non è mai stato possibile determinarne la velocità. 

E’ solo grazie alla nuova astronomia delle onde gravitazionali introdotta con i succitati esperimenti che si è potuto cominciare ad assegnare un valore a questa velocità: definita la velocità della luce come costante c299 792 458 m/s, ovvero circa 3 × 108  m/s, le prime osservazioni avevano permesso di affermare che la velocità della forza di gravità era compresa tra il 55% e il 142% di c.

L’ultimo evento di cui sono state rilevate le onde gravitazionali, la fusione tra due stelle di neutroni che ha generato una kilonova (un’esplosione 100 volte più luminosa di quella di una nova e da 10 a 100 volte quella di una supernova), ha generato un gamma ray burst che è stato rilevato da due telescopi e ha permesso di confrontare le due velocità.  L’errore nella misurazione è compreso tra  -3 x 10-15 e 7 x 10-16 del valore di c, il che equivale a dire che la velocità di propagazione della forza di gravità è praticamente uguale a quella della luce.

Ancora una volta la relatività generale di Einstein ne esce vittoriosa, dato che questa misurazione permetterà di confutare le teorie che ancora la screditano.  L’origine di queste teorie si riconduce al tentativo di dare una spiegazione all’accelerazione dell’espansione dell’Universo, un vero e proprio enigma astrofisico.

Per spiegare questo fenomeno sono state introdotte due spiegazioni: una prevede la presenza di una forza ancora sconosciuta, detta energia oscura, una proprietà intrinseca del vuoto che causa l’espansione accelerata del cosmo, l’altra prevede l’alterazione della gravità su grandi distanze.

La prima spiegazione afferma in sostanza che la relatività generale è corretta ma che dobbiamo fare i conti con una nuova misteriosa forma di energia, mentre la seconda dice che non è necessario chiamare in causa l’energia oscura ma che la relatività generale, che descrive le proprietà della gravità come immutabili, non può avere le stesse caratteristiche in ogni regione dell’Universo.

Ebbene, la misurazione della velocità della forza di gravità scredita la seconda ipotesi e ci indirizza con più decisione verso lo studio dell’energia oscura, nel tentativo di comprendere sempre meglio di cosa è fatto l’Universo dove viviamo.

Gli esperimenti LIGO e VIRGO, affiancati in un più lontano futuro (il lancio è previsto nel 2034) dall’esperimento LISA costituito da tre satelliti in orbita solare, permetteranno con le prossime rilevazioni di migliorare l’approssimazione della misurazione effettuata e di scoprire ulteriori grandi fenomeni legati alla forza di gravità, per aiutarci a conoscerla sempre meglio.

 

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