La teoria della
relatività generale compie cento anni: infatti fu proprio nel 1916
che Einstein pubblicò, sulla rivista Annalen der physik il
famoso articolo intitolato Die
Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie nel
quale, come Minerva dalla testa di Giove, la teoria della relatività
nasce già formata e pronta alla verifica sperimentale.
L'articolo
è il frutto di un lavoro lungo costato ad Einstein almeno una decina
di anni: anni che si intrecciano con la sua affermazione personale,
con problemi familiari che portarono ad un divorzio tempestoso, con
il vagabondare da una università all'altra.
Ma
cominciamo con ordine: nel 1905 Albert Einstein, allora impiegato
nell'ufficio brevetti di Berna, pubblica tre articoli destinati a
rivoluzionare la fisica negli anni a venire. Il primo articolo dà
una spiegazione del cosiddetto moto browniano in termini del moto
invisibile e caotico degli atomi. Il secondo articolo dà una
spiegazione del cosiddetto “effetto fotoelettrico” e introduce il
fotone come quanto di energia elettromagnetica. Il terzo articolo,
intitolato Zur Elektrodynamik bewegter Körper
(Sull'elettrodinamica dei corpi in movimento) propone una ambiziosa
modifica delle leggi della dinamica newtoniana per renderle
compatibili con le equazioni dell'elettromagnetismo di Einstein,
sbarazzandosi dell'ingombrante e sterile concetto di “etere”, e
modificando per sempre il concetto di spazio e di tempo: si tratta
della teoria che negli anni seguenti verrà battezzata “relatività
ristretta”. Un quarto articolo, scritto nel 1905 ma pubblicato nel
1906, ne costituisce una appendice, e propone per la prima volta il
concetto di equivalenza tra massa ed energia, ovvero la famosa
equazione E=mc2.
Gli
articoli del 1905 (il cosiddetto “Annus mirabilis” di Einstein),
uniti alla tesi di dottorato pubblicata negli stessi mesi, attirano
presto l'attenzione della comunità scientifica, e fruttano ad
Einstein i primi riconoscimenti, compreso un incarico di insegnamento
a Berna nel 1908, seguito presto da una cattedra all'università di
Zurigo. Nel 1911 Einstein si trasferisce all'università di Praga, e
successivamente, nel 1914, a Berlino: ma la moglie Mileva con i due
figli non lo segue, e torna a Zurigo, iniziando una separazione che
si concluderà con un divorzio nel 1919.
Negli
anni successivi alla pubblicazione del primo articolo sulla teoria
della relatività ristretta, Einstein si preoccupa di incorporarvi la
teoria della gravitazione universale: se infatti la nuova dinamica
relativistica risulta naturalmente compatibile con la teoria
elettromagnetica, così non è per la gravità, che presenta il
grosso difetto di prevedere una azione a distanza istantanea, diretta
e non mediata, incompatibile con la velocità finita delle
interazioni prevista dalla relatività ristretta.
L'intuizione
che porterà Einstein a generalizzare il suo principio di relatività
arriva mentre è seduto in meditazione nella sua stanza dell'ufficio
brevetti di Berna: “Se cado” viene da pensare ad Einstein”,
durante la caduta non sentirò il mio peso”. A partire da questa
semplicissima, quasi banale osservazione, che Einstein chiamerà
negli anni successivi “il mio pensiero più felice”, egli riesce
con un enorme sforzo di immaginazione a creare una nuova teoria della
gravitazione. Ma la sola immaginazione non basta: saranno necessarie
la struttura matematica creata dal suo ex professore di geometria
Hermann Minkowski e uno studio approfondito della geometria differenziale,
allora argomento di punta nella ricerca matematica, per riuscire a
formulare le equazioni di campo pubblicate nell'articolo del 1916.
Nei
prossimi post approfondirò la teoria della relatività generale ed
alcune delle sue conseguenze.
