Le mistiche onde gravitazionali

Sul Topolino #3178 è uscita una nuova storia della serie Topolino Comics&Science, Le onde trasfromazionali di Fausto Vitaliano e Carlo Limido.
In appendice all’introduzione della recensione della storia, vorrei aggiungere giusto un paio di ulteriori approfondimenti.

Il cosmo non è un posto tranquillo

Come ben raccontato nel libro Death from the sky di Philip Plait:

L’universo sta provando a uccidervi.

E’ un modo sintetico per affermare la pericolosità del cosmo, pieno di eventi violenti e catastrofici ben più di quanto possiamo ritenere in un periodo relativamente tranquillo per il nostro pianeta (guerre e altre facezie del genere a parte).
Viaggiare nello spazio, quindi, non è certo una gita di piacere tra comete, esplosioni di stelle e asteroidi vaganti. Per cui, pur utilizzando il gergo colorito del mondo marinaro, non è difficile incappare in situazioni pericolose più o meno come quelle sperimentate da Topolino, Orazio e Basettoni. Certo più che una pioggia di meteoriti, più facile da sperimentare da un pianeta, nei propri viaggi spaziali si potrebbe venire catturati da un buco nero o essere travolti dalle onde gravitazionali.

Artista della cattura

Con l’arrivo della teoria della relatività ristretta (o speciale), vennero alla luce anche alcuni effetti particolari sulla deformazione dello spazio tempo, in particolare delle lunghezze. Se ad esempio proviamo a misurare da Terra le dimensioni di un’astronave che si sta allontanando da noi con una velocità prossima a quella della luce, scopriremmo che le sue dimensioni nella direzione del moto risultano inferiori rispetto alla lunghezza dell’astronave sulla Terra prima di partire.
Questo effetto di contrazione è legato all’effetto opposto della dilatazione dei tempi: un orologio su un’astronave in movimento segnerà il tempo più lentamente dello stesso orologio sulla Terra. Quando, però, Albert Einstein introdusse la relatività generale, spuntò un nuovo tipo di deformazione spaziotemporale, dovuta alla presenza della massa, che curva lo spaziotempo in cui è immersa: è questa curvatura a generare la forza di gravità.

Nel momento in cui questo concetto venne assimilato dalla comunità dei fisici, un paio di calcoli permisero a Karl Schwarzschild prima e a Johannes Droste, successivamente e indipendentemente dal primo, di scoprire delle particolari soluzioni all’equazione di Einstein della relatività generale che coincidevano con punti materiali in grado di generare una distorsione spaziotemporale così grande da impedire persino alla luce di potervi sfuggire: questi oggetti vennero chiamati buchi neri.
Dal punto di vista matematico, al centro di un buco nero è presente una così detta singolarità gravitazionale, ovvero una funzione matematica che diverge all’infinito: è questo che impedisce di fuggire agli oggetti catturati dalla sua azione gravitazionale e, fondamentalmente, ne impedisce anche una osservazione diretta. Per dedurre, infatti, la sua presenza, bisogna studiare il moto della materia che cade al suo interno, abbinando magari questa osservazione con le radiazioni X prodotte nel processo di distruzione della massa.
La fantascienza, allora, si è interessata nel cercare di capire cosa succederebbe a un essere umano se cadesse all’interno di un buco nero, trovando soluzioni interessanti e spesso dall’alto tasso psicologico. Ciò che, più scientificamente, si potrebbe affermare è che un astronauta che si dovesse sfortunatamente trovare al di là dell’orizzonte degli eventi (la linea di confine tra la salvezza e l’essere inghiottiti senza speranza) sperimenterebbe una deformazione opposta rispetto a quella della relatività speciale, con la parte più vicina al centro del buco nero che si allunga sempre di più. Non è l’unica soluzione¹, ma sembra quella che i nostri eroi stanno sperimentando all’avvicinarsi al buco nero la cui formazione ha generato le onde gravitazionali che li hanno colpiti.

Le origini (non tanto) segrete delle onde gravitazionali

Le onde gravitazionali, della cui scoperta si sono fregiati gli esperimenti LIGO e VIRGO, possono essere generate da una serie di eventi cosmici, come l’interazione gravitazionale tra due oggetti (che possono essere una stella e un pianeta o, ancora meglio, due stelle), la nascita di una supernova (una stella che esplode), la rotazione di una stella di neutroni, il processo di fusione di due buchi neri.
E’ per questo motivo che ho scritto poco sopra che il buco nero in cui incappano Topolino e compagni era appena nato. Questo, però, ci potrebbe dare un’idea della quantità di energia che ha investito la loro astronave: la prima osservazione delle onde gravitazionali, infatti, ha prodotto un’energia totale di circa 3 masse del nostro Sole.
E’ quando questa incredibile quantità di energia che colpisce gli astronauti che entra in gioco l’inventiva dello scrittore di fantascienza, in questo caso Fausto Vitaliano, che per aumentare il senso di meraviglia mescola oggetti effettivamente presenti nel cosmo, come i quasar, e i già citati buchi neri e supernove, con i frattali galattici o la teoria dei molti mondi, quest’ultimo non ancora verificata. Per fortuna, però, è in questi concetti al limite tra scienza e fantasia che risiede la possibilità per gli scrittori di scrivere storie in grado di meravigliare tanto quanto la bellezza misteriosa dell’universo!

1. In questo caso mi sono limitato a raccontare quella espressa da Stephen Hawking in Dal Big Bang ai buchi neri ↩