La legge di gravità e i suoi misteri

L'orbita di Mercurio

La gravità è l’influenza più familiare nel nostro mondo naturale. È la forza che ci fa stare con i piedi per Terra e che mantiene i  pianeti in orbita intorno al Sole. Eppure, nonostante la sua familiarità, la ricerca sulla natura fondamentale della gravità è il vero centro di speculazione e di indagine della fisica moderna, e c’è ancora un gran quantità di cose che devono essere capite. I fisici oggi ritengono che tutti i fenomeni naturali possono essere descritti in termini di solo quattro forze fondamentali: gravitazione, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole. Queste ultime due sono a breve raggio d’azione, ovvero agiscono soltanto nel ristretto intervallo delle distanze subatomiche. L’interazione elettromagnetica è a lungo raggio d’azione, ma influenza soltanto i corpi provvisti di carica elettrica. Poiché quasi tutti gli oggetti sulla Terra sono, in effetti, elettricamente neutri, essi non risentono in maniera significativa di questa forza. Pertanto, benché la gravità sia la più debole delle quattro forze fondamentali, è l’unica della quale ci rendiamo ogni giorno conto, basta fare un salto o accusare un classico dolore alla schiena.

La gravità, essendo una forza così debole, è estremamente difficile da studiare. La maggior parte delle ipotesi che si sono formulate su di essa non possono essere verificate in laboratorio sulla terra, ma devono trovare conferma attraverso lo studio del moto delle stelle e dei pianeti. Il fisico inglese Isaac Newton fu il primo scienziato a produrre una formulazione della legge di gravità. Egli enunciò che l’intensità dell’attrazione gravitazionale tra due corpi aumenta in maniera direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse ed in maniera inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Allo scopo di calcolare la grandezza della forza di gravità che si esercita tra due corpi, fu introdotto in questa relazione matematica esatta un parametro, chiamato costante gravitazionale e indicato con il simbolo G, il cui valore numerico è molto piccolo, essendo la gravità un’interazione estremamente debole.

La legge di gravitazione universale enunciata da Newton riesce molto bene a prevedere il moto dei pianeti intorno al Sole. Invero, dopo la scoperta di Urano e l’osservazione dell’irregolarità nella sua orbita, la legge di Newton predisse l’esistenza di un nono pianeta e specificò l’orbita di quello che sarebbe poi diventato Nettuno. Le sue caratteristiche erano perfettamente in linea con quanto richiesto dalla Legge di Newton (oggi Nettuno, recentemente visitato dalla sonda Blue Horizons, è stato declassificato a pianeta nano).

Esiste tuttavia una piccola irregolarità nel sistema solare che la legge di Newton non sa spiegare. Il pianeta Mercurio percorre un’orbita ellittica intorno al Sole, ma non la segue esattamente ogni volta. Infatti, l’orbita ruota nello spazio, per cui il moto del pianeta riferito al Sole, descrive una forma geometrica diversa dall’ellisse. Si sapeva da tempo che il ritmo con cui questa traiettoria a rosetta si forma potesse essere lievemente più veloce di quanto previsto in base alla legge di Newton. Il margine di scarto era irrisorio, appena 43 secondi nell’arco di un secolo, ma era quanto bastava per aprire uno squarcio nella teoria del grande fisico inglese e lasciare il passo a un altro genio: Albert Einstein (continua).

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