Amici della Scienza – Notizie & Scoperte

1919: l’eclisse che confermò la teoria della relatività generale

Affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie, ed è difficile pensare a qualcosa di più straordinario dell’idea che oggetti enormi deformino lo spazio e il tempo. Eppure nel 1915, Albert Einstein fece proprio questa affermazione nella sua teoria della relatività generale.

Einstein aveva già pubblicato la sua teoria della relatività speciale, descrivendo come il movimento di un oggetto poteva cambiare lo spazio e il tempo. Successivamente, per la Relatività Generale, definì il  “principio di equivalenza”, affermando che gli effetti della gravità sono gli stessi di quelli percepiti in un veicolo in accelerazione. Ad esempio, se sei in un razzo che accelera nello spazio ad un g, sembrerebbe esattamente che fossimo sulla Terra.

Quindi, se la gravità e l’accelerazione sono equivalenti, e il movimento influenza lo spazio e il tempo, allora la gravità dovrebbe influenzare anche lo spazio e il tempo. Un effetto della gravità è la deformazione dello spazio e del tempo attorno a oggetti massicci come il Sole. Per testare la sua teoria, Einstein propose di osservare come la luce proveniente da stelle lontane segua percorsi curvi mentre passa vicino al Sole. Ma si osservò solo durante un’eclissi totale si Sole.

Il 29 maggio 1919 ci sarebbe stata un’eclissi solare, che sarebbe stata totale su alcune parti della superficie terrestre e consentirebbe di verificare che i raggi di luce sono piegati dalla gravità.

verifica della relatività

Frank Dyson (1868-1939), Astronomo Reale e direttore del Royal Greenwich Observatory, fu il primo a rendersi conto che l’eclissi del 29 maggio 1919 fu un’occasione unica per verificare la teoria di Einstein. L’astronomo britannico Arthur Eddington (1882-1944), rinomato scienziato, direttore dell’Osservatorio dell’Università di Cambridge e uno dei pochi scienziati che a quel tempo capirono la teoria della relatività generale di Einstein, pubblicata su The Observatory, nel marzo 1919, l’articolo “L’eclisse totale del 19 maggio 29 maggio e l’influenza della gravitazione sulla luce”. In questo articolo ha sottolineato che l’eclissi solare del 29 maggio 1919 sarebbe

«un’opportunità molto favorevole per indagare l’influenza dell’attrazione del Sole sul corso di un raggio di luce»

e quindi verificare la predizione della teoria generale della relatività , pubblicato da Einstein nel novembre 1915. Secondo questa teoria, i raggi luminosi a livello della corona solare dovrebbero subire una deviazione di 1,74 secondi d’arco. Eddington affermò

«se le lastre fotografiche riusciranno a ottenere fotografie di successo, queste saranno confrontate con le fotografie già prese per lo stesso scopo con i telescopi  di Greenwich e Oxford, che mostrano le stesse stelle nelle loro relative posizioni non distorte».

Eddington osservò che

«Se la gravitazione agisce sulla luce, la quantità di moto di un raggio cambierà gradualmente direzione quando agisce su un campo trasversale di forza»

Per verificare la deviazione dei raggi luminosi dovuta alla presenza di un campo gravitazionale, sono state organizzate due spedizioni scientifiche britanniche. Entrambe le spedizioni hanno emulato le spedizioni durante il XVIII secolo fatte da Malaspina, Cook o La Perouse, la spedizione Challenger o il viaggio di Darwin a bordo del Beagle nel diciannovesimo secolo, così come la spedizione antartica britannica del primo Novecento, conosciuta come Discovery, dove figure di spicco nell’Età Eroica dell’Antartide, tra cui Robert Falcon Scott che guidò la spedizione, e Ernest Shackleton partecipò.

Arthur Eddington
Frank Dyson (a sinistra) e Arthur Eddington (a destra). Credito: AIP Emilio Segrè Visual Archives, WF Collezione Meggers.

Frank Dyson era responsabile dell’organizzazione di due spedizioni parallele, ognuna delle quali andava in un punto vicino all’equatore terrestre. L’eclissi non era visibile in Europa e sebbene fosse vista come un’eclissi parziale dalla maggior parte del Sud America e dell’Africa, fu un’eclissi totale se osservata da località su una striscia stretta che iniziava nell’Oceano Pacifico e attraversava il Brasile, l’Africa atlantica e equatoriale verso l’Oceano Indiano. La spedizione guidata da Charles Davidson si diresse a Sobral , sulla costa nord-orientale del Brasile, e l’altra guidata da Arthur Eddington andò sull’isola di Príncipe, a quel tempo territorio coloniale portoghese, in quello che oggi è un piccolo paese chiamato São Tomé e Príncipe nel Golfo di Guinea.

La base di Eddington era nella piantagione di cacao a Roça Sundy. Le due spedizioni lasciarono il Regno Unito a marzo per arrivare a destinazioni in tempo utile e fare tutti i preparativi necessari per una corretta osservazione dell’eclissi totale. L’eclisse è durata 6 minuti e 51 secondi, una delle più lunghe del ventesimo secolo. Durante l’eclisse sono state scattate molte fotografie di stelle attorno alla corona del Sole (che normalmente non erano visibili a causa della forte luce solare) e per l’ulteriore studio furono necessari diversi mesi. Eddington era responsabile per l’analisi dei dati raccolti sull’isola di Príncipe, mentre Dyson era responsabile per i dati di Sobral.

Secondo la teoria della relatività generale, i raggi di luce che passano vicino al sole dovrebbero deviare leggermente perché la luce è piegata a causa del campo gravitazionale del sole. Questo effetto può essere osservato sperimentalmente solo durante le eclissi, perché in altri momenti la luminosità del Sole oscura la luce emessa da queste stelle. Le posizioni effettive e apparenti di circa tredici stelle sono state confrontate e la conclusione è stata inequivocabile:

l’analisi delle misure delle deviazioni del raggio di luce ha confermato che il campo gravitazionale del Sole esercita un’influenza sulla luce, come previsto dalla teoria di Einstein. Una delle più spettacolari previsioni teoriche mai fatte era stata verificata solo quattro anni dopo che era stata avanzata. 

Eddington considerò la sua verifica della deflessione della luce, che intravide attraverso un’analisi precoce dei suoi piatti mentre era ancora su Príncipe, il più grande momento della sua vita.

Il 30 ottobre 1919 Eddington, Dyson e Davidson presentarono un articolo con i risultati dei dati raccolti su Sobral e Príncipe intitolato “Una determinazione della deflessione della luce dal campo gravitazionale del Sole, da Observations Made all’eclissi solare del 29 maggio, 1919  . Questo fu pubblicato nel gennaio 1920 e fornì prove conclusive che convalidarono la teoria della relatività generale di Albert Einstein.

Il 7 novembre 1919 il quotidiano londinese The Timesannunciò con fanfara: “Rivoluzione nella scienza / Nuova teoria dell’universo / Idee newtoniane rovesciate”.

Tre giorni dopo, il 10 novembre 1919, i  titoli del  New York Times recitavano: “Leggero tutto di nuovo nei cieli / Uomini di scienza Più o meno Agog sui risultati delle osservazioni di Eclipse / Einstein Theory Triumphs.”

Tuttavia, non solo i giornali britannici e americani hanno riecheggiato il successo della spedizione e le sue scoperte. Quasi negli antipodi del Regno Unito, il 20 gennaio 1920 il quotidiano australiano  Western Argus , a pagina 2, pubblicò  “Rivoluzione nella scienza / Nuova teoria dell’universo”.

Sia la spedizione a Sobral che quella sull’isola di Príncipe, insieme ai risultati ottenuti dalle misurazioni effettuate durante l’eclissi solare totale del 29 maggio 1919, hanno attraversato non solo i confini geografici ma anche i confini culturali tra gli scienziati e il grande pubblico, e catapultato Einstein alla fama mondiale. Una stella era nata grazie alla misurazione della deflessione della luce da altre stelle.

einstein eddington
Il fisico tedesco Albert Einstein (1879-1955), a sinistra, era famoso per le sue teorie della relatività. L’astrofisico britannico Sir Arthur Eddington (1882-1944), a destra, ha aperto la strada allo studio della struttura stellare interna. Nel 1919 Eddington guidò una spedizione per osservare le stelle vicino al sole durante un’eclissi solare. I risultati furono salutati come conferma della teoria della Relatività Generale di Einstein del 1915, che predisse che la luce che passava vicino a una grande massa (come il Sole) si piegava il doppio di quanto previsto dalla teoria della gravità di Newton. Fotografato all’Osservatorio dell’Università di Cambridge, nel Regno Unito, nel 1930. Credito LIBRERIA FOTOGRAFICA ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY / SCIENCE

L’eclissi totale di Sole del 28 maggio 1900

Parliamo del 28 maggio 1900. Cosa successe quel giorno da poco riportato alla luce? Nevil Maskelyne, un illusionista britannico nonché cineasta (tra i pionieri del settore), riuscì a filmare l’eclissi durante una spedizione della British Astronomical Association in North Carolina (Stati Uniti). Si tratta del secondo tentativo di Maskelyne nel catturare in movimento un’eclissi solare: ci aveva provato anche due anni prima, nel 1898, in India, ma durante il viaggio di ritorno gli venne rubata la pellicola.

Il filmato, oggi restaurato in 4K dal British Film Institute e dalla Royal Astronomical Society, è uno straordinario esempio di ingegno umano, oltre che di fortuna: per catturare l’evento, Maskelyne dovette realizzare uno speciale adattatore telescopico per la sua macchina fotografica.

Appassionato di cinema, Maskelyne si autoproclamò investigatore scientifico di magia, illusioni, spiritualismo e altri fenomeni simili. Affascinato dall’astronomia, presto divenne membro della Royal Astronomical Society.

« Il suo scopo era quello di dimostrare che il cinematografo, nato da pochissimi anni, poteva essere utilizzato per il progresso della scienza, e non solo come forma popolare d’intrattenimento »

 

Riferimenti e approfondimenti

 

  1. A. Azcárraga, En torno a Einstein, su ciencia y su tiempo (Publicaciones de la Universidad de Valencia, 2007).
  2. AS Eddington, “L’eclissi totale del 19 maggio 29 maggio e l’influenza della gravitazione sulla luce”, The Observatory, vol. 42, p. 119-122 (1919).
  3. W. Dyson, AS Eddington, CR Davidson, “Determinazione della deviazione della luce dal campo gravitazionale del Sole, dalle osservazioni fatte all’eclissi solare del 29 maggio 1919”, Transazioni filosofiche della Royal Society A 220 (571-581 ): 291-333 (1920).
  4. D. Kennefick, “Test della relatività dell’eclissi del 1919 – una questione di pregiudizio”, Physics Today 62 (3), 37 (2009).
  5. R. Ellis, PG Ferreira, R. Massey e G. Weszkalnys, “90 anni dopo – la spedizione dell’eclisse del 1919 a Príncipe”, Astronomy & Geophysics 50 (4), pp. 4.12-4.15 (2009).
  6. C. el Puerto, “La utilidad de lo inútil. La Relatividad General “, IAC, Vía Láctea, s / n, El Blog, 19-08-2014 (consultado il 28-05-2015).
  7. JP McEvoy, Eclipse: Il fenomeno più spettacolare della scienza e della storia della natura (Fourth Estate Ltd., 1999).

Lascia una recensione

avatar

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

  Subscribe  
Notificami