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Lo sbaglio più grande di Einstein — Transcript

by Amedeo Balbi · 2,079 words · 372 segments · language en · Watch on YouTube

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0:00l'umanità si chiede da sempre come ha
0:02avuto inizio l'universo ma per quasi
0:05tutta la sua storia non ha avuto gli
0:06strumenti scientifici per provare a
0:08rispondere
0:09le cose sono cambiate solo all'inizio
0:10del ventesimo secolo quando einstein ha
0:13formulato la teoria della relatività
0:15generale resta in prova fin da subito
0:17applicare la sua teoria della relatività
0:20alla descrizione dell'intero universo ma
0:23nel farlo andò incontro a quello che lui
0:26stesso più tardi definì il suo più
0:28grande errore ma quale era questo errore
0:31e soprattutto era davvero un errore
0:33proviamo a capirlo
0:38[Musica]
0:42nel 1917 appena due anni dopo aver
0:46completato la sua teoria generale della
0:48relatività
0:48einstein pubblicò sulla rivista della
0:51reale accademia delle scienze prussiana
0:53l'articolo considerazioni cosmologiche
0:56sulla teoria della relatività generale
0:59era la prima volta che qualcuno aveva la
1:02possibilità di descrivere in modo
1:04coerente la struttura fisica complessiva
1:07dell'universo
1:09la teoria della relatività permetteva di
1:10trattare il problema legando la
1:12distribuzione di tutta la materia e
1:15energia esistenti alla struttura
1:17geometrica dello spazio tempo
1:20a questo punto bisognerebbe ricordare
1:21qual era lo stato delle conoscenze
1:23scientifiche sull'universo in quegli
1:25anni per i due secoli precedenti l'unico
1:28strumento che avevano avuto a
1:30disposizione quelli che avevano provato
1:31a capire come era fatto l'universo e a
1:34descriverlo matematicamente era stata la
1:36teoria della gravitazione di newton la
1:39teoria di newton aveva introdotto un
1:41cambiamento radicale nella concezione
1:42del cosmo il moto di qualunque massa
1:45nell'universo senza eccezioni poteva
1:47essere spiegato tramite l'azione di una
1:50semplice legge universale per newton lo
1:53spazio era una cornice rigida e
1:56completamente indipendente dalla
1:58distribuzione di materia al suo interno
2:00e non solo newton riteneva che lo spazio
2:04si estendesse infinitamente in ogni
2:07direzione
2:08ma anche che fosse eterno in durata i
2:11corpi celesti potevano muoversi
2:12liberamente nello spazio vuoto guidati
2:15solo dalla gravità e quindi
2:16dall'influenza di tutte le altre masse
2:19presenti nel cosmo ora come mai le
2:22stelle apparivano immobili fra loro con
2:24gelate in posizioni fisse sulla volta
2:27celeste
2:28newton giunse alla conclusione che esse
2:30dovessero essere un numero infinito e
2:33distribuite in modo uniforme nello
2:36spazio perché se non fosse stato così e
2:38tutta la materia esistente nel cosmo
2:41fosse stata distribuita in un volume
2:43finito la sua stessa attrazione
2:45gravitazionale l'avrebbe fatta
2:47collassare verso il punto centrale
2:50invece una distribuzione uniforme e
2:53illimitata di stelle avrebbe potuto
2:55restare bilanciata quindi per la fisica
2:58newtoniana la cosa più probabile era che
3:00l'universo fosse infinito e contenesse
3:02un numero infinito di stelle questo
3:04modello aveva anche un altro vantaggio
3:06dopo pernic all umanità sapeva che la
3:09terra non poteva essere al centro
3:11dell'universo e se l'universo era
3:13infinito e le stelle erano distribuite
3:17ovunque in modo uniforme nessuno poteva
3:20dire di essere al centro dell'universo
3:22perché semplicemente non esisteva un
3:24centro non c'era nessun punto
3:26privilegiato nell'universo il modello
3:28cosmologico e un italiano però era
3:30problematico per altri versi una
3:32distribuzione infinita di stelle portava
3:34a conclusioni contraddittorie per
3:36esempio se c'erano infinite stelle il
3:38cielo notturno non poteva essere buio
3:40avrebbe dovuto brillare come la
3:42superficie del sole un problema noto
3:44come paradosso di olbers inoltre
3:47l'equilibrio immaginato da newton era
3:49estremamente precario le stelle per
3:51usare le parole dello stesso newton
3:53erano come anni che si tenevano in
3:56equilibrio sulla punta di qualunque
3:58piccola perturbazione avrebbe alterato
4:00questo equilibrio e avrebbe portato la
4:02materia a concentrarsi in alcune regioni
4:05dello spazio lasciandone altre
4:06completamente vuote
4:09un universo del genere non avrebbe
4:10potuto esistere in eterno queste
4:13difficoltà erano impossibili da
4:15risolvere attraverso la teoria della
4:17gravitazione million jana e quando
4:19einstein trovò la sua nuova teoria della
4:22gravità una delle prime cose che provo a
4:24fare fu proprio di applicarla alla
4:27descrizione dell'intero universo per
4:29capire se poteva risolvere i problemi
4:31rimasti aperti da newton in poi einstein
4:34arrivo in breve alla conclusione che
4:36l'universo doveva avere una forma simile
4:38alla superficie di una sfera
4:41naturalmente mentre una sfera a solo due
4:43dimensioni dello spazio reale a tre
4:45dimensioni quindi la cosa è più
4:47complicata da visualizzare
4:48ma il punto importante che l'universo di
4:50einstein conteneva una quantità finita
4:53di materia e proprio come la superficie
4:55di una sfera lo si sarebbe potuto
4:57attraversare in ogni direzione senza
4:59incontrare mai un confine ma allo stesso
5:02tempo lo spazio avrebbe avuto una
5:05estensione
5:06finita viaggiando abbastanza a lungo si
5:09sarebbe tornati al punto di partenza
5:11insomma la relatività generale
5:13permetteva di sbarazzarsi in maniera
5:15molto naturale nella distribuzione
5:17infinita di stelle nell'universo un
5:20italiano secondo einstein tutta la
5:23materia presente nell'universo curva lo
5:25spazio e gli fa assumere una forma
5:28chiusa è finita e proprio come non c'è
5:31nessun punto centrale sulla superficie
5:34di una sfera così anche nell'universo di
5:36einstein non esiste un centro c'era però
5:39un problema all'inizio del ventesimo
5:41secolo gli astronomi pensavano ancora
5:43che l'universo fosse eterno e che le
5:45stelle occupassero posizioni
5:47relativamente stabili e proprio come
5:50nell'universo di newton quindi anche in
5:52quello di einstein la gravità doveva
5:55trovare un modo per mantenere le cose
5:57immutate e immutabili in eterno tuttavia
6:01per einstein ottenere una soluzione
6:03statica si rivelò tutt'altro che una
6:06passeggiata anche nell'universo di
6:08einstein come in quello di newton la
6:09gravità portava le stelle a sbilanciarsi
6:12in collassando su se stesse o
6:14disperdendosi nello spazio per superare
6:17il problema della mancanza di stabilità
6:19dell'universo einstein si vide costretto
6:22a modificare le sue equazioni
6:25introducendo una sorta di tensione nella
6:28struttura dello spazio tempo una specie
6:30di elasticità al contrario una
6:31repulsione che ostacolava la tendenza
6:34della materia verso il collasso
6:36in questo modo einstein riuscì a trovare
6:38finalmente una soluzione statica le sue
6:41equazioni e penso di aver chiuso il
6:43discorso
6:44ma il prezzo da pagare era stato
6:46l'introduzione di una nuova quantità
6:48chiamata termine cosmologico o costante
6:51cosmologica che non aveva altra
6:53motivazione fisica se non quella di
6:56stabilizzare l'universo la costante
6:58cosmologica introdotta da einstein non
7:00era proibita dalla relatività generale e
7:02in ogni caso non produceva nessun
7:05effetto fisico osservabile finché si
7:08restava sulle distanze accessibili in
7:10laboratorio o all'interno del sistema
7:12solare nel suo effetto era rilevante
7:15solo su scale di distanza con contabili
7:18con quelle dell'intero universo
7:20e grazie a questo trucco matematico
7:22einstein era finalmente riuscito a
7:25costruire un universo chiuso in se
7:27stesso è eterno e con una estensione
7:30spaziale finita proprio come ogni fisico
7:33e astronomo dell'epoca si sarebbe
7:35augurato
7:36max born uno dei padri della meccanica
7:39quantistica era letteralmente entusiasta
7:42di questo modello di universo e disse
7:45uno spazio finito ma senza confini è una
7:48delle più grandiose idee sulla natura
7:50del mondo mai concepite risolve il
7:54misterioso problema del perché il
7:56sistema delle stelle non sia disperso
7:58era rifatto come farebbe se l'universo
8:01fosse infinito insomma nel 1917 il
8:05successo di einstein sembrava totale ma
8:08in realtà le cose erano un po più
8:10complicate immediatamente dopo la
8:13pubblicazione del lavoro di einstein
8:14iniziarono ad accumularsi misure sempre
8:17più accurate della velocità di quelle
8:20che all'epoca erano ancora chiamate
8:21nebulose ma che nel 1924 sarebbero state
8:26definitivamente identificate
8:27dall'astronomo edwin hubble come
8:30galassie esterne alla nostra via lattea
8:32e l'astronomo vesto sly fair aveva
8:35notato che quasi tutte le galassie
8:37osservate
8:38sembravano allontanarsi da noi quando il
8:41matematico herman va il gli fece notare
8:44la cosa einstein sembrò colpito se
8:47l'universo non è statico rispose in una
8:50lettera del 1923 allora al diavolo il
8:54termine cosmologica nel frattempo
8:56cominciavano a venire fuori soluzioni
8:58della relatività generale che
8:59descrivevano modelli di universo non
9:01statico tra il 1922 e il 1924 il
9:06matematico russo alexander friedman
9:08mostrò che se l'universo conteneva una
9:11distribuzione omogenea di materia senza
9:14costante cosmologica lo spazio avrebbe
9:17dovuto espandersi o contrarsi nel 1927
9:21il fisico e sacerdote georges lemaitre e
9:24trovò risultati analoghi e mostrò che
9:27l'universo poteva espandersi anche in
9:28presenza di una costante logica intorno
9:31al 1929 le osservazioni di edwin hubble
9:34e di milton liu wei sun mostrarono
9:37definitivamente che c'era una chiara
9:40tendenza delle galassie ad allontanarsi
9:42da noi con velocità che crescevano
9:45proporzionalmente alla loro distanza e
9:48se non si voleva ipotizzare di essere al
9:51centro di uno strano modo di fuga
9:53universale l'unica interpretazione
9:55sensata di questi dati era che fosse lo
9:57spazio stesso a espandersi ma i lavori
10:00di friedman e di lemaitre e furono a
10:02lungo ignorati innanzitutto proprio da
10:04einstein il quale fu quanto meno freddo
10:07nei riguardi dei modelli di universo in
10:10espansione
10:11del lavoro di friedman pensò che fosse
10:13semplicemente sbagliato e scrisse
10:15addirittura per lamentarsene alla
10:18rivista che lo aveva pubblicato più
10:21tardi e li considero i suoi calcoli
10:22ammise che il modello era
10:24matematicamente corretto ma non si
10:26lasciò convincere della sua validità
10:28fisica e del modello di lemaitre aveva
10:31un'opinione altrettanto bassa si dice
10:33che durante il congresso solvay del 1927
10:37einstein abbia giudicato abominevole il
10:40senso fisico di lemaitre
10:42tuttavia la verità era che il modello di
10:44lemaitre e così come quello di friedman
10:46si accordava perfettamente con i dati di
10:48sly fair e di hubble sulla velocità
10:51delle galassie il colpo di grazia per il
10:53modello statico di einstein arrivo
10:55infine nel 1930 arthur eddington che
10:59aveva contribuito a decretare il trionfo
11:01della relatività generale
11:03osservando nel 1919 la deflessione della
11:06luce è prevista da einstein dimostrò che
11:09il modello con costante cosmologica era
11:11sì statico ma anche altamente instabile
11:14in pratica l'universo di einstein era
11:16come una matita in equilibrio sulla
11:18punta bastava una piccola perturbazione
11:19per farlo precipitare rovinosamente
11:22verso l'espansione verso la contrazione
11:25insomma a poco a poco einstein fu
11:27costretto dall'evidenza abbandonare
11:30l'idea di un universo statico e anche se
11:33con riluttanza si convertì alla nuova
11:36cosmologia secondo la quale lo spazio si
11:39espandeva e l'universo aveva avuto
11:41origine in un momento definito nel
11:43passato 0 il big bang sembrava quindi
11:47che non ci fosse bisogno della costante
11:49cosmologica è il primo a pentirsi di
11:52averla introdotta fu proprio einstein
11:54nel suo libro del 1945 il significato
11:58della relatività einstein scrisse che
12:00l'introduzione del termine cosmologico
12:03nelle equazioni della gravità seppure
12:05possibile dal punto di vista della
12:07relatività ed a rigettarsi sul piano
12:09della semplicità logica se la legge di
12:13espansione di hubble fosse stata nota
12:15all'epoca della creazione della teoria
12:17della relatività generale
12:19il termine cosmologico non sarebbe mai
12:21stato introdotto oggi sembra ancor meno
12:25giustificabile l'introduzione di un
12:27termine del genere nelle equazioni di
12:29campo dal momento che è venuta a mancare
12:31la sua unica giustificazione originale
12:34quella cioè di portare a una soluzione
12:36naturale del problema cosmologico nel
12:401947 scrisse a georges lemaitre e da
12:43quando ho introdotto questo termine ho
12:46sempre avuto la coscienza sporca sono
12:48incapace di credere che una cosa
12:50talmente brutta si realizzi in natura il
12:53fisico già sgamo nella sua autobiografia
12:56racconta che un giorno einstein ormai
12:58anziano il confessò che aver introdotto
13:01la costante cosmologica nelle bellissime
13:03equazioni della relatività generale
13:05era stato il più grande abbaglio della
13:08sua vita oggi sappiamo che il modello
13:10del big bang è quello che descrive nel
13:12modo migliore tutte le osservazioni che
13:14abbiamo è insomma ai sensi è fatto
13:16scappare la possibilità di prevedere
13:19l'espansione dell'universo e di creare
13:21il modello che oggi riteniamo corretto
13:24anche se sono state proprio le equazioni
13:26della relatività generale a permetterci
13:29di arrivare molti decenni dopo alla
13:32risposta giusta ma la cosa ancora più
13:35ironica è che quello che einstein
13:37considerava il suo piu grande sbaglio
13:39cioè l'introduzione della costante
13:42cosmologica in realtà non era davvero
13:44uno sbaglio nel 1998 due gruppi di
13:48astronomi guidati da sol per metter
13:51brian schmidt e adam ris hanno scoperto
13:54che l'espansione dell'universo sta
13:55accelerando e sono stati premiati per
13:58questo con il nobel per la fisica nel
14:002011 la spiegazione più probabile per
14:03l'accelerazione dell'universo è proprio
14:05la costante cosmologica se l'universo si
14:07espande il termine repulsivo introdotto
14:10da einstein per renderlo statico in
14:12realtà lo fa espandere ancora più
14:14rapidamente
14:16insomma scherzando potremmo dire che
14:18einstein aveva ragione anche quando
14:19pensava di sbagliare ma in realtà questa
14:22storia ci mostra che la scienza non è
14:24fatta da geni infallibile un processo
14:26molto più complesso e soprattutto
14:28collettivo e a volte si imbocca una
14:31strada sbagliata ma l'importante è il
14:34cammino complessivo e in fondo anche
14:37dagli errori si possono a volte e trarre
14:40delle lezioni utili se questo video vi è
14:43piaciuto forse può interessarvi il mio
14:45libro inseguendo un raggio di luce che
14:46parla proprio della teoria della
14:48relatività lo trovate in libreria e
14:49negli store online vi lascio il link
14:51nella descrizione
14:52[Musica]

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