Di Kevin Beck, aggiornato il 30 agosto 2022

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Tutti sanno che la gravità ci tiene ancorati al pianeta, ma la forza che lo fa rimane uno dei misteri più affascinanti della fisica.

Una breve storia della gravità

Gli astronomi dell'antica Grecia notarono per primi che i corpi celesti si muovevano secondo schemi che suggerivano un'attrazione reciproca, ma senza una spiegazione fisica. Fu solo nel Rinascimento, con Tycho Brahe e Galileo Galilei, che il modello eliocentrico sostituì i miti incentrati sulla Terra, ponendo le basi per una teoria quantitativa della gravità.

Legge di gravitazione universale di Newton

Nel 1687 Isaac Newton formalizzò la gravità con la legge:

F_{\text{grav}} = \frac{G\,m_1\,m_2}{r^2}

dove G =6,674 × 10 ^-11 N·m ² /kg ² . L'equazione prevede l'attrazione tra due masse qualsiasi e funziona molto bene per i fenomeni di tutti i giorni, dalle mele che cadono alle orbite planetarie.

Relatività generale di Einstein

La teoria di Newton presuppone un’azione istantanea a distanza, concetto incompatibile con la velocità finita della luce. Albert Einstein, nel 1915, risolse questo problema reinterpretando la gravità come la curvatura dello spaziotempo causata da massa ed energia. Dal punto di vista di Einstein, gli oggetti si muovono lungo le geodetiche, ovvero i percorsi più rettilinei possibili, in un tessuto deformato quadridimensionale.

Gravità sulla Terra in pratica

Poiché la gravità dipende solo dalla massa e dalla geometria dello spaziotempo, una palla di cannone e una piuma cadono alla stessa velocità nel vuoto. Nel mondo reale, la resistenza dell'aria altera le loro traiettorie, ma l'accelerazione gravitazionale sottostante rimane di 9,81 m/s². Questa accelerazione universale è il motivo per cui sperimentiamo un peso costante indipendentemente da ciò che trasportiamo.

Testare la relatività generale nel cosmo

Le equazioni di Einstein sono state confermate in ambienti estremi, come lo studio del 2018 di un sistema stellare triplo a 4.200 anni luce di distanza. La rapida danza di una pulsar millisecondo, di una nana bianca e di una nana bianca compagna potrebbe essere spiegata solo dalla gravità relativistica, che corrisponde alle previsioni con straordinaria precisione.

Mentre i fisici esplorano ancora le origini profonde della gravità, sia che emerga da campi quantistici o da stringhe fondamentali, la semplice legge dell'inverso del quadrato di Newton e l'intuizione geometrica di Einstein costituiscono insieme le fondamenta della moderna scienza gravitazionale.