Corso di storia della scienza: Thorne 1940

Kip Thorne 1940

Kip Thorne:

L'Architetto del Vuoto e la Sinfonia delle Onde Gravitazionali

La parabola scientifica di Kip Thorne rappresenta il trionfo della teoria che si fa carne (o meglio, vibrazione). Il suo lavoro non ha solo confermato le intuizioni di Einstein, ma ha aperto un nuovo senso per l'umanità: la capacità di "ascoltare" il cosmo attraverso la gravità.

1. La Fisica dei Limiti: Buchi Neri e Singolarità

Prima che diventassero icone della cultura pop (anche grazie alla consulenza di Thorne per il film Interstellar), i buchi neri erano oggetti puramente matematici, quasi "scandalosi" per la fisica. Thorne è stato tra i primi a esplorarne la struttura interna e le proprietà estreme:

• La Geometrodinamica: Thorne ha studiato come la gravità estrema possa curvare lo spazio e il tempo fino a punti di rottura, esplorando concetti come i "wormhole" (ponti di Einstein-Rosen), non come fantascienza, ma come soluzioni teoriche delle equazioni della relatività generale.

• L'intuizione fisica: La sua capacità è stata quella di visualizzare la curvatura dello spazio-tempo, trasformando astrazioni matematiche in mappe fisiche di ciò che accade vicino a un orizzonte degli eventi.

2. LIGO e la Conferma del Secolo

Il contributo che gli è valso il Nobel nel 2017 è legato alla rilevazione delle onde gravitazionali. Se un buco nero è una "scultura" di spazio-tempo curvo, un'onda gravitazionale è l'increspatura che si propaga quando queste sculture si scontrano.

• La sfida ingegneristica e matematica: Thorne ha fornito le basi teoriche per distinguere il segnale dal rumore. Le onde gravitazionali sono infinitesime: lo spostamento che causano sulla Terra è pari a una frazione del diametro di un protone.

• Un nuovo telescopio: Con la conferma sperimentale ottenuta da LIGO, Thorne ha regalato alla fisica un nuovo organo di senso. Non osserviamo più l'universo solo attraverso la luce (astronomia elettromagnetica), ma attraverso le vibrazioni della gravità stessa.

3. La Divulgazione come Ponte tra Mondi

Come Faggin si interroga sulla coscienza e Osae-Addo sulla comunità, Thorne si interroga sulla comunicazione. La sua attività di divulgatore non è accessoria, ma centrale:

• Scienza e Cinema: Collaborando con registi come Christopher Nolan, ha imposto un rigore scientifico senza precedenti a Hollywood, dimostrando che la verità scientifica (la dilatazione temporale, la visualizzazione di un buco nero) è più spettacolare della fantasia.

• L'eredità educativa: I suoi manuali, come Gravitation (scritto con Wheeler e Misner), sono "bibbie" per generazioni di fisici, definendo il linguaggio con cui oggi descriviamo l'universo.

4. La Trama Invisibile

Kip Thorne ci insegna che lo spazio-tempo non è "nulla", ma "qualcosa" con cui possiamo interagire. Se l'architettura di Osae-Addo risponde al Genius Loci terrestre, la fisica di Thorne risponde al Genius Loci dell'Universo: le leggi fondamentali che governano la massa, l'energia e il tempo.

La sua figura chiude idealmente il cerchio dei nostri riflessi:

• Dawkins ci ha parlato del codice della vita (Biologia).

• Faggin dell'interfaccia tra calcolo e coscienza (Tecnologia/Filosofia).

• Osae-Addo della nostra dimora fisica (Architettura).

• Thorne della struttura ultima della realtà (Cosmologia).

5. L'Anatomia di un Wormhole

Il concetto di Wormhole (o ponte di Einstein-Rosen) rappresenta una delle frontiere più audaci della fisica teorica. Sebbene spesso relegato alla fantascienza, per Kip Thorne i wormhole sono soluzioni matematiche rigorose derivate dalle equazioni della Relatività Generale, che descrivono una sorta di "scorciatoia" attraverso il tessuto dello spazio-tempo. Un wormhole è ipotizzato come un tunnel che collega due regioni distinte dello spazio-tempo (o addirittura due universi differenti).

• La Bocca: Le due estremità del tunnel, che apparirebbero a un osservatore esterno come sfere perfette (simili a buchi neri, ma potenzialmente attraversabili).

• La Gola: Il condotto di collegamento. La sfida principale di Thorne è stata studiare la stabilità di questa "gola".

6. Il problema della stabilità: Materia Esotica

Secondo le equazioni di Einstein, un wormhole naturale sarebbe intrinsecamente instabile: tenderebbe a collassare istantaneamente prima ancora che la luce possa attraversarlo. Thorne ha teorizzato che per mantenere un wormhole aperto sia necessario qualcosa che contrasti la forza di gravità che spinge verso il collasso.

• Pressione Negativa: Occorre una sostanza con densità di energia negativa, nota come materia esotica.

• Effetto Casimir: Thorne ha suggerito che fluttuazioni quantistiche del vuoto potrebbero generare questa pressione negativa necessaria a "puntellare" le pareti del tunnel.

7. Viaggi nel Tempo e Causalità

Uno dei contributi più controversi e brillanti di Thorne riguarda l'uso dei wormhole come macchine del tempo.

• Il meccanismo: Se si riuscisse a muovere una delle due "bocche" del wormhole a velocità relativistiche (prossime a quella della luce) e poi riportarla indietro, a causa della dilatazione temporale, le due estremità non sarebbero più sincronizzate.

• Il paradosso: Attraversando il tunnel, si potrebbe uscire dall'altra parte in un momento del passato rispetto a quello di entrata. Thorne ha esplorato se le leggi della fisica (come la "Congettura di protezione cronologica" di Stephen Hawking) impediscano effettivamente questo fenomeno o se la meccanica quantistica possa permetterlo.

8. Dalla Teoria allo Schermo: Interstellar

Thorne ha applicato queste teorie per visualizzare il wormhole nel film Interstellar. A differenza delle rappresentazioni classiche (un buco nel foglio), Thorne ha spiegato che un wormhole nello spazio tridimensionale deve essere una sfera.

"Se un cerchio è un buco in un foglio bidimensionale, una sfera è un buco nello spazio tridimensionale. Quello che vedi sulla superficie della sfera è la luce che arriva dall'altro lato, distorta dalla gravità."

9. Un ponte tra Relatività e Meccanica Quantistica

Per Kip Thorne, lo studio dei wormhole non è un esercizio di stile, ma un modo per testare i limiti della nostra comprensione. Essi rappresentano il punto di incontro in cui la Relatività Generale (che descrive il grande) deve necessariamente confrontarsi con la Meccanica Quantistica (che descrive il piccolo e l'energia del vuoto).

Sebbene non abbiamo ancora prove della loro esistenza, il lavoro di Thorne suggerisce che la trama dell'universo sia molto più malleabile di quanto i nostri sensi ci portino a credere.