La prima conferma della Relatività Generale arrivò con un’eclissi: l’esperimento di Eddington

La teoria della Relatività Generale, formulata da Albert Einstein nel 1915, è la migliore teoria della gravità a nostra disposizione, secondo cui la gravità è l'effetto della curvatura dello spaziotempo. A oggi, la teoria di Einstein è stata testata sperimentalmente numerose volte, non ultimo con la rilevazione delle onde gravitazionali. Non tutti sanno, però, che la prima prova sperimentale della Relatività Generale arrivò grazie a un'eclissi solare avvenuta il 29 maggio 1919. La gravità del Sole, infatti, è in grado di deviare leggermente la luce che transita a poca distanza dalla nostra stella: questo risulta in un piccolo spostamento nella posizione delle stelle vicine al Sole. Questo spostamento fu misurato per la prima volta durante l'eclissi del 1919 nel cosiddetto esperimento di Eddington, dal nome di uno dei fisici che organizzò la spedizione per osservare l'eclissi.

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Di Filippo Bonaventura

L'esperimento di Eddington

L'esperimento di Eddington fu organizzato nel 1919 dagli astronomi Arthur Stanley Eddington e Frank Watson Dyson. L'esperimento aveva come intento quello di testare sperimentalmente la recentemente formulata teoria della Relatività Generale di Albert Einstein. Eddington era particolarmente interessato alla nuova teoria poiché essa aveva profonde implicazioni su vari campi dell'astrofisica e della cosmologia, cioè lo studio della nascita ed evoluzione dell'Universo.

Vi era in particolare un effetto predetto dalla Relatività che i due astronomi stavano cercando di osservare, ovvero la lente gravitazionale. Siccome la presenza di corpi dotati di massa deforma lo spazio-tempo curvandolo, un raggio di luce che si muove in uno spazio-tempo curvo verrà deviato rispetto alla sua traiettoria in linea retta. Se quindi gli astronomi fossero riusciti ad osservare questo effetto di curvatura ed esso avesse avuto esattamente l'intensità predetta da Einstein, ovvero circa il doppio di quello predetto dalla teoria di Newton, allora questo esperimento avrebbe costituito la prova certa della validità della teoria.

Per poter osservare l'effetto di deflessione della luce, vi era bisogno di una massa che deformasse lo spazio-tempo in maniera misurabile. La sorgente più vicina che risponde a questi bisogni è il Sole, ma il suo essere così brillante fa si che la luce delle stelle non sia visibile quando esso è al di sopra dell'orizzonte. I due astronomi inglesi però realizzarono molto argutamente che esiste un caso in cui stelle e Sole sono visibili contemporaneamente con gli opportuni strumenti, ovvero allorquando si è in presenza di una eclissi totale di Sole.

Scattando quindi delle foto del Sole durante l'eclissi è possibile imprimere su delle pellicole fotografiche usate all'epoca l'immagine del Sole eclissato e delle stelle prossime ad esso. Misurando la posizione apparente delle stelle durante l'eclissi e quella che esse avrebbero dovuto avere in cielo se non vi fosse stato il Sole in prossimità, è possibile ricavare se e quanto la loro posizione apparente viene modificata per effetto della lente gravitazionale operato dal Sole.

Quando e dove avvenne l'esperimento

La tanto sospirata eclissi di Sole necessaria per testare la teoria di Einstein avvenne il 29 maggio 1919. Quest'ultima si verificò in una condizione particolarmente favorevole poiché il Sole venne a trovarsi in prossimità dell'ammasso stellare delle Iadi. Vi furono di conseguenza un numero elevato di stelle con cui misurare la variazione delle posizioni apparenti, cosa che ridusse di molto gli errori di misurazione.

L'eclissi aveva la sua fase di totalità in una regione che andava dal nord del Brasile fino all'Africa dell'Ovest attraverso l'Atlantico. La Prima guerra mondiale finì fortunatamente proprio in tempo utile per poter preparare la spedizione scientifica. Eddington partì per osservare l'eclissi sull'isola di Principe, al largo delle coste della Guinea equatoriale. Dyson rimase in Inghilterra, mentre un terzo astronomo, Andrew Crommelin dell'osservatorio di Greenwich, viaggiò verso Sobral in Brasile.

Sull'isola di Principe, Eddington fu purtroppo accolto dal maltempo che gli permise di effettuare molte meno misure di quelle inizialmente previste, mentre Crommelin ebbe condizioni più favorevoli che gli permisero di ottenere molte più misure che si rivelarono decisive per confermare come lo spostamento apparente delle stelle fosse in accordo con le previsioni di Einstein. I risultati furono annunciati nel novembre 1919 durante una riunione della Royal Astronomical Society inglese e fecero presto il giro del mondo, consacrando la teoria di Einstein come un monumento dell'ingegno umano.

Cos'è la teoria della Relatività Generale

La teoria della Gravitazione Universale formulata da Isaac Newton nel Seicento ha permesso di far conoscere all'essere umano l'esistenza di una forza di attrazione tra tutti i corpi dotati di massa, la forza di gravità, una delle quattro interazioni fondamentali della natura. La teoria della gravità di Newton ha dominato il panorama scientifico per più di 300 anni, permettendo agli scienziati, tra le altre cose, di predire con grande accuratezza il moto dei corpi all'interno del Sistema Solare e di scoprirne dei nuovi, come Nettuno nel 1846.

Tuttavia, vi erano delle piccole discrepanze, ad esempio nella variazione della posizione del perielio di Mercurio ad ogni orbita attorno al Sole, che la teoria di Newton non era in grado di spiegare. Questo e altri problemi irrisolti nel modo di agire della gravità spinsero Albert Einstein a mettere in discussione la teoria di Newton, portando, tra il 1907 e il 1915, alla formulazione della teoria della Relatività Generale.

La Relatività Generale descrive il mondo attorno a noi in termini di spazio tridimensionale e di tempo, una nuova dimensione fisica prima considerata assoluta da Newton. Lo spazio-tempo viene curvato dalla presenza di corpi dotati di massa. Maggiore è la massa di un oggetto, maggiore sarà il suo effetto di curvatura dello spazio-tempo. L'attrazione gravitazionale viene spiegata non più come una forza che agisce tra corpi, ma come l'effetto della deformazione dello spazio-tempo ad opera delle masse che in esso si muovono.

Per quanto matematicamente elaborata ed elegante, la teoria delle Relatività Generale ha bisogno di essere provata sperimentalmente. Ciò significa che la teoria deve essere in grado di predire quantitativamente un fenomeno fisico che poi può essere effettivamente misurato attraverso un esperimento.