Traduttore: Virginia Dal Lago Revisore: Valentina Chacon Rovati
1.300 milioni di anni fa,
c’erano due enormi buchi neri che stavano ballando il tango.
Erano, mentre ballavano, formavano onde nello spazio-tempo,
deformazioni dello spazio-tempo.
E si stavano avvicinando sempre più, girando sempre più velocemente,
quasi alla velocità della luce,
finché, abbracciandosi, formarono un unico buco nero,
60 volte la massa del nostro Sole,
con un raggio di 200 km.
E le onde gravitazionali hanno preso il messaggio di quell’abbraccio,
alla velocità della luce, al resto dell’Universo.
Questo, che assomiglia alla fantascienza, a un film di Hollywood, era vero.
E sappiamo che era vero
perché abbiamo misurato quelle onde gravitazionali,
l’anno scorso nel 2015.
La storia di questa scoperta è anche piuttosto lunga.
Quando questo evento accadde 1.300 milioni di anni fa
in una galassia lontana,
sulla Terra, i primi organismi multicellulari stavano appena comparendo.
La vita, l’umanità, le società sono cresciute, avanzate,
e poco più di 100 anni fa,
nel 1915,
Einstein pubblicò la sua teoria della relatività generale.
È una teoria della gravità.
Relatività e gravità non sembrano la stessa cosa, ma lo sono.
La sua teoria dice che due masse si attraggono,
due buchi neri, o la Terra e il Sole,
si attraggono l’un l’altro, non perché, come ci viene insegnato a scuola,
c’è una forza gravitazionale,
ma perché tutte le masse, secondo questa teoria,
deformare lo spazio-tempo,
proprio come facciamo quando ci sdraiamo su un materasso.
Quando noi, una massa fisica, ci sdraiamo su un letto,
deformiamo il materasso, facendo una depressione.
E se qualcun altro si sdraia sul letto, si avvicineranno a noi.
Questa è la forza di gravità immaginata da Einstein.
Il Sole deforma lo spazio-tempo.
La Terra non sente un’istante forza gravitazionale,
ma vede la curvatura spazio-temporale,
e la Terra gira intorno al Sole come noi sappiamo che fare.
Cos’è lo spazio-tempo?
Dobbiamo immaginare lo spazio-tempo come una griglia,
non una griglia bidimensionale, ma una tridimensionale,
le tre dimensioni spaziali che possiamo misurare con i righelli,
con il tempo, con gli orologi.
Una griglia di governanti e orologi.
Quattro dimensioni e tutte sono collegate.
Questo è lo spazio-tempo che viene deformato secondo la teoria di Einstein.
La teoria è piuttosto complicata,
ma ciò che conta con le teorie sono le previsioni che fanno,
e il controllo di quelle previsioni
per dimostrarli correttamente o erroneamente,
in modo da sapere se credere o no alla teoria.
E la teoria di Einstein fa molte previsioni,
tutti molto pazzi,
abbastanza incredibile.
Uno, per esempio,
il primo da verificare alcuni anni dopo, nel 1919,
è che la luce non viaggia in linea retta
ma devia quando passa vicino a una massa,
devia un po ‘, di una certa quantità.
E ciò fu verificato nel 1919,
e la teoria è stata creduta piuttosto meglio.
Ma ha anche fatto altre previsioni.
Ad esempio, essendo una teoria dello spazio e del tempo,
quegli orologi non sono sempre sincronizzati.
Se iniziamo, io e te,
con gli orologi atomici sincronizzati al milionesimo di secondo qui,
ma poi vai a fare una passeggiata all’Aconcagua,
i nostri orologi non saranno più sincronizzati.
Il tuo sarà sempre davanti al mio.
E perché?
È perché lo spazio-tempo è dinamico,
e il tuo orologio è più lontano dalla mia che dalla mia.
Anche le distanze e la gravità cambiano tempo.
Un’altra previsione era questa previsione delle onde gravitazionali.
Poiché le masse distorcono lo spazio-tempo,
e le masse si stanno muovendo,
anche quelle piccole increspature nello spazio-tempo si stanno muovendo,
e viaggiano alla velocità della luce.
E quello che fanno, è prendere le distanze e allungarle e rimpicciolirle,
allungare e rimpicciolire, in proporzione alla distanza.
Ma quando Einstein,
o uno degli altri scienziati che lo seguirono,
calcolato quanto le distanze sono distorte,
era molto, molto poco.
Ha persino scritto che questo probabilmente non sarebbe mai stato misurato.
E molte persone pensavano che avesse ragione,
che questa era una di quelle previsioni che non possono essere misurate.
Come ho detto, è una lunga storia.
Negli anni ’70 la gente pensava che potesse essere misurata.
Ci sono alcuni strumenti
che sono ampiamente usati in fisica e ingegneria
misurare le distanze in modo molto preciso,
che sono chiamati interferometri.
Interferometri perché usano la luce e l’interferenza della luce.
Prendiamo un raggio di luce,
dividerlo in due con uno specchio mezzo argentato,
rifletterli di nuovo con gli specchi,
e quando i due raggi arrivano, interferiscono.
Le onde interferiscono in modo distruttivo,
si distruggono a vicenda e non c’è luce risultante,
se questa distanza e questa distanza sono uguali.
Ma se questa distanza si accorcia e questa si allunga,
O viceversa,
quindi l’interferenza qui fuori non è totalmente distruttiva,
e possiamo vedere un po ‘di luce, o no.
Quindi, misurando con un fotorivelatore quanta luce risultante c’è,
possiamo misurare la differenza di distanza tra questa distanza e quella distanza.
Sembra abbastanza semplice misurare le distanze,
ed è usato molto,
ma qual è la quantità che dobbiamo misurare?
Questa è la grande domanda.
La teoria prevede che, derivanti da questi buchi neri,
la distanza tra la Terra e il Sole
cambiato da un diametro atomico.
E tutte le distanze minori di meno.
Ma quegli scienziati negli anni ’70, a cominciare dagli scienziati del MIT,
detto questo può essere misurato.
Se costruiamo interferometri lunghi 4 km
nel vuoto con specchi sospesi,
potremmo arrivare a misurare le differenze tra questo 4 km e quel 4 km
di un milionesimo di un protone.
Molti ridevano; altri no.
Molte altre persone hanno iniziato a crederci.
L’agenzia scientifica nazionale degli Stati Uniti
scommetto su questo negli anni ’90.
Dagli anni ’70 agli anni ’90,
quando questi interferometri iniziarono a essere costruiti,
due interferometri, due LIGO,
uno nello stato di Washington,
e uno nello stato della Louisiana – abbastanza vicino a dove vivo –
3.000 km.
Sono stati completati negli anni 2000.
La tecnologia di prima generazione è stata gestita ed è andata bene.
Non ha scoperto le onde gravitazionali,
ma si sapeva che la tecnologia doveva essere resa più avanzata.
Nel 2010 è stata installata la seconda generazione di questa tecnologia.
Ha funzionato.
Funziona – più o meno.
Nel 2015, abbiamo detto che dovremmo iniziare a dare un’occhiata a ciò che sta accadendo,
nonostante abbia bisogno di fare più lavoro sui rivelatori.
Nel 2015, abbiamo iniziato a raccogliere dati con questi due rivelatori.
E a settembre,
il 14 settembre 2015,
questi fotorivelatori ci hanno detto
che, a 3000 km di distanza, avevamo segnali che indicavano questa onda gravitazionale.
Non potevamo crederci.
E a dicembre è successo di nuovo.
Ascolta.
(Suoni)
Quel suono ci è sembrato impressionante.
Siamo meravigliati.
Ci ha lasciato senza parole e ballando in seguito.
Questo è il suono dell’Universo.
Questa è la musica dell’Universo.
L’abbiamo sentito da quel momento –
Prima stavamo guardando l’universo
con onde elettromagnetiche e telescopi e osservatori,
e ora lo stavamo ascoltando,
con le onde gravitazionali.
Avevamo aggiunto un altro senso.
E da quel momento in poi,
non solo abbiamo lavorato per misurare più onde gravitazionali,
ma abbiamo anche parlato di questo.
E molte persone mi chiedono:
“E a cosa servono le onde gravitazionali?”
E io dico: “E a cosa servono le onde gravitazionali?
A cosa serve l’astrofisica? A cosa serve la scienza? “
Ah, questo lo sappiamo. Sappiamo tutti a cosa serve la scienza.
Tutti i progressi tecnologici che usiamo nella comunicazione,
nei trasporti, nella medicina, tutto ciò che è basato sulla scienza,
lo sappiamo tutti.
Ma le onde gravitazionali, l’astrofisica?
In realtà il percorso che la scienza prende è molto lungo.
Inizia con le teorie di base relative a come funziona l’universo,
e poi, vengono applicati.
Prima testano per vedere se le teorie sono buone o cattive.
Dopo di ciò, vengono scoperti i modi in cui possono essere applicati,
in generale, in altre aree della fisica o della chimica.
Gli ingegneri si impadroniscono di tutto per costruire strumenti di precisione.
E infine, a volte, appaiono nuove tecnologie utili.
Se nel 1915 era stato chiesto a Einstein: “A cosa serve la tua teoria, signore?”
Avrebbe detto: “Per capire meglio l’universo,
per spiegare la gravità.
A cos’altro serve una teoria per essere efficace? “
Eppure, oggi, molti di voi useranno la teoria della relatività
quando parti qui
se vai da qualche parte non lo sai.
Perché il GPS ha bisogno della teoria della relatività.
Ha bisogno di molte altre cose,
ma se non tiene conto che gli orologi nei satelliti GPS
e il nostro, il nostro orologio, il nostro piccolo dispositivo,
sono desincronizzati
perché sono a diverse distanze dalla Terra,
il GPS ci porterà nel posto sbagliato.
E io, che lo usa sempre, mi perderei.
Quindi la teoria della relatività, quasi 100 anni dopo,
ha applicazioni pratiche.
E così è con tutto.
La scienza impiega molto tempo
nella produzione di applicazioni e tecnologie utili,
e molte persone che lavorano con molte abilità diverse.
Se pensiamo a quali tecnologie non avremmo oggi,
cosa non sarebbe stato inventato
se gli effetti di base in fisica, in chimica, in matematica,
non era stato studiato 100 anni fa,
ci sarebbero molte tecnologie che non esisterebbero oggi.
Il laser, il GPS, le medicine, le applicazioni mediche.
Un intero carico di tecnologie.
La sfida che ti ho posto
è immaginare
quando senti parlare di una scoperta come quella delle onde gravitazionali
o qualsiasi altra scoperta in astronomia, in fisica, in matematica,
che compaiono sui giornali molte volte all’anno,
quando senti parlare di quelle scoperte,
quali tecnologie ci saranno in 100 anni
che userà queste teorie?
Questa è la sfida per te.
Grazie.
(Applausi)
1.300 milioni di anni fa,
c’erano due enormi buchi neri che stavano ballando il tango.
Erano, mentre ballavano, formavano onde nello spazio-tempo,
deformazioni dello spazio-tempo.
E si stavano avvicinando sempre più, girando sempre più velocemente,
quasi alla velocità della luce,
finché, abbracciandosi, formarono un unico buco nero,
60 volte la massa del nostro Sole,
con un raggio di 200 km.
E le onde gravitazionali hanno preso il messaggio di quell’abbraccio,
alla velocità della luce, al resto dell’Universo.
Questo, che assomiglia alla fantascienza, a un film di Hollywood, era vero.
E sappiamo che era vero
perché abbiamo misurato quelle onde gravitazionali,
l’anno scorso nel 2015.
La storia di questa scoperta è anche piuttosto lunga.
Quando questo evento accadde 1.300 milioni di anni fa
in una galassia lontana,
sulla Terra, i primi organismi multicellulari stavano appena comparendo.
La vita, l’umanità, le società sono cresciute, avanzate,
e poco più di 100 anni fa,
nel 1915,
Einstein pubblicò la sua teoria della relatività generale.
È una teoria della gravità.
Relatività e gravità non sembrano la stessa cosa, ma lo sono.
La sua teoria dice che due masse si attraggono,
due buchi neri, o la Terra e il Sole,
si attraggono l’un l’altro, non perché, come ci viene insegnato a scuola,
c’è una forza gravitazionale,
ma perché tutte le masse, secondo questa teoria,
deformare lo spazio-tempo,
proprio come facciamo quando ci sdraiamo su un materasso.
Quando noi, una massa fisica, ci sdraiamo su un letto,
deformiamo il materasso, facendo una depressione.
E se qualcun altro si sdraia sul letto, si avvicineranno a noi.
Questa è la forza di gravità immaginata da Einstein.
Il Sole deforma lo spazio-tempo.
La Terra non sente un’istante forza gravitazionale,
ma vede la curvatura spazio-temporale,
e la Terra gira intorno al Sole come noi sappiamo che fare.
Cos’è lo spazio-tempo?
Dobbiamo immaginare lo spazio-tempo come una griglia,
non una griglia bidimensionale, ma una tridimensionale,
le tre dimensioni spaziali che possiamo misurare con i righelli,
con il tempo, con gli orologi.
Una griglia di governanti e orologi.
Quattro dimensioni e tutte sono collegate.
Questo è lo spazio-tempo che viene deformato secondo la teoria di Einstein.
La teoria è piuttosto complicata,
ma ciò che conta con le teorie sono le previsioni che fanno,
e il controllo di quelle previsioni
per dimostrarli correttamente o erroneamente,
in modo da sapere se credere o no alla teoria.
E la teoria di Einstein fa molte previsioni,
tutti molto pazzi,
abbastanza incredibile.
Uno, per esempio,
il primo da verificare alcuni anni dopo, nel 1919,
è che la luce non viaggia in linea retta
ma devia quando passa vicino a una massa,
devia un po ‘, di una certa quantità.
E ciò fu verificato nel 1919,
e la teoria è stata creduta piuttosto meglio.
Ma ha anche fatto altre previsioni.
Ad esempio, essendo una teoria dello spazio e del tempo,
quegli orologi non sono sempre sincronizzati.
Se iniziamo, io e te,
con gli orologi atomici sincronizzati al milionesimo di secondo qui,
ma poi vai a fare una passeggiata all’Aconcagua,
i nostri orologi non saranno più sincronizzati.
Il tuo sarà sempre davanti al mio.
E perché?
È perché lo spazio-tempo è dinamico,
e il tuo orologio è più lontano dalla mia che dalla mia.
Anche le distanze e la gravità cambiano tempo.
Un’altra previsione era questa previsione delle onde gravitazionali.
Poiché le masse distorcono lo spazio-tempo,
e le masse si stanno muovendo,
anche quelle piccole increspature nello spazio-tempo si stanno muovendo,
e viaggiano alla velocità della luce.
E quello che fanno, è prendere le distanze e allungarle e rimpicciolirle,
allungare e rimpicciolire, in proporzione alla distanza.
Ma quando Einstein,
o uno degli altri scienziati che lo seguirono,
calcolato quanto le distanze sono distorte,
era molto, molto poco.
Ha persino scritto che questo probabilmente non sarebbe mai stato misurato.
E molte persone pensavano che avesse ragione,
che questa era una di quelle previsioni che non possono essere misurate.
Come ho detto, è una lunga storia.
Negli anni ’70 la gente pensava che potesse essere misurata.
Ci sono alcuni strumenti
che sono ampiamente usati in fisica e ingegneria
misurare le distanze in modo molto preciso,
che sono chiamati interferometri.
Interferometri perché usano la luce e l’interferenza della luce.
Prendiamo un raggio di luce,
dividerlo in due con uno specchio mezzo argentato,
rifletterli di nuovo con gli specchi,
e quando i due raggi arrivano, interferiscono.
Le onde interferiscono in modo distruttivo,
si distruggono a vicenda e non c’è luce risultante,
se questa distanza e questa distanza sono uguali.
Ma se questa distanza si accorcia e questa si allunga,
O viceversa,
quindi l’interferenza qui fuori non è totalmente distruttiva,
e possiamo vedere un po ‘di luce, o no.
Quindi, misurando con un fotorivelatore quanta luce risultante c’è,
possiamo misurare la differenza di distanza tra questa distanza e quella distanza.
Sembra abbastanza semplice misurare le distanze,
ed è usato molto,
ma qual è la quantità che dobbiamo misurare?
Questa è la grande domanda.
La teoria prevede che, derivanti da questi buchi neri,
la distanza tra la Terra e il Sole
cambiato da un diametro atomico.
E tutte le distanze minori di meno.
Ma quegli scienziati negli anni ’70, a cominciare dagli scienziati del MIT,
detto questo può essere misurato.
Se costruiamo interferometri lunghi 4 km
nel vuoto con specchi sospesi,
potremmo arrivare a misurare le differenze tra questo 4 km e quel 4 km
di un milionesimo di un protone.
Molti ridevano; altri no.
Molte altre persone hanno iniziato a crederci.
L’agenzia scientifica nazionale degli Stati Uniti
scommetto su questo negli anni ’90.
Dagli anni ’70 agli anni ’90,
quando questi interferometri iniziarono a essere costruiti,
due interferometri, due LIGO,
uno nello stato di Washington,
e uno nello stato della Louisiana – abbastanza vicino a dove vivo –
3.000 km.
Sono stati completati negli anni 2000.
La tecnologia di prima generazione è stata gestita ed è andata bene.
Non ha scoperto le onde gravitazionali,
ma si sapeva che la tecnologia doveva essere resa più avanzata.
Nel 2010 è stata installata la seconda generazione di questa tecnologia.
Ha funzionato.
Funziona – più o meno.
Nel 2015, abbiamo detto che dovremmo iniziare a dare un’occhiata a ciò che sta accadendo,
nonostante abbia bisogno di fare più lavoro sui rivelatori.
Nel 2015, abbiamo iniziato a raccogliere dati con questi due rivelatori.
E a settembre,
il 14 settembre 2015,
questi fotorivelatori ci hanno detto
che, a 3000 km di distanza, avevamo segnali che indicavano questa onda gravitazionale.
Non potevamo crederci.
E a dicembre è successo di nuovo.
Ascolta.
(Suoni)
Quel suono ci è sembrato impressionante.
Siamo meravigliati.
Ci ha lasciato senza parole e ballando in seguito.
Questo è il suono dell’Universo.
Questa è la musica dell’Universo.
L’abbiamo sentito da quel momento –
Prima stavamo guardando l’universo
con onde elettromagnetiche e telescopi e osservatori,
e ora lo stavamo ascoltando,
con le onde gravitazionali.
Avevamo aggiunto un altro senso.
E da quel momento in poi,
non solo abbiamo lavorato per misurare più onde gravitazionali,
ma abbiamo anche parlato di questo.
E molte persone mi chiedono:
“E a cosa servono le onde gravitazionali?”
E io dico: “E a cosa servono le onde gravitazionali?
A cosa serve l’astrofisica? A cosa serve la scienza? “
Ah, questo lo sappiamo. Sappiamo tutti a cosa serve la scienza.
Tutti i progressi tecnologici che usiamo nella comunicazione,
nei trasporti, nella medicina, tutto ciò che è basato sulla scienza,
lo sappiamo tutti.
Ma le onde gravitazionali, l’astrofisica?
In realtà il percorso che la scienza prende è molto lungo.
Inizia con le teorie di base relative a come funziona l’universo,
e poi, vengono applicati.
Prima testano per vedere se le teorie sono buone o cattive.
Dopo di ciò, vengono scoperti i modi in cui possono essere applicati,
in generale, in altre aree della fisica o della chimica.
Gli ingegneri si impadroniscono di tutto per costruire strumenti di precisione.
E infine, a volte, appaiono nuove tecnologie utili.
Se nel 1915 era stato chiesto a Einstein: “A cosa serve la tua teoria, signore?”
Avrebbe detto: “Per capire meglio l’universo,
per spiegare la gravità.
A cos’altro serve una teoria per essere efficace? “
Eppure, oggi, molti di voi useranno la teoria della relatività
quando parti qui
se vai da qualche parte non lo sai.
Perché il GPS ha bisogno della teoria della relatività.
Ha bisogno di molte altre cose,
ma se non tiene conto che gli orologi nei satelliti GPS
e il nostro, il nostro orologio, il nostro piccolo dispositivo,
sono desincronizzati
perché sono a diverse distanze dalla Terra,
il GPS ci porterà nel posto sbagliato.
E io, che lo usa sempre, mi perderei.
Quindi la teoria della relatività, quasi 100 anni dopo,
ha applicazioni pratiche.
E così è con tutto.
La scienza impiega molto tempo
nella produzione di applicazioni e tecnologie utili,
e molte persone che lavorano con molte abilità diverse.
Se pensiamo a quali tecnologie non avremmo oggi,
cosa non sarebbe stato inventato
se gli effetti di base in fisica, in chimica, in matematica,
non era stato studiato 100 anni fa,
ci sarebbero molte tecnologie che non esisterebbero oggi.
Il laser, il GPS, le medicine, le applicazioni mediche.
Un intero carico di tecnologie.
La sfida che ti ho posto
è immaginare
quando senti parlare di una scoperta come quella delle onde gravitazionali
o qualsiasi altra scoperta in astronomia, in fisica, in matematica,
che compaiono sui giornali molte volte all’anno,
quando senti parlare di quelle scoperte,
quali tecnologie ci saranno in 100 anni
che userà queste teorie?
Questa è la sfida per te.
Grazie.
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