Le onde gravitazionali spiegate ai bambini

Forza gravitazionale

Immaginate di poter scegliere un nuovo paio di occhi che vi aiutino a vedere cose che non siete mai stati in grado di vedere prima. Forse scegliereste la visione a raggi X di Superman, o forse preferireste zoomare su cose minuscole e vedere le meraviglie del mondo microscopico. La scienza ha recentemente acquisito un nuovo paio di occhi, un nuovo modo di guardare ai misteri dell'universo: le onde gravitazionali, che sono onde prodotte dalla gravità stessa. In questo articolo vi condurrò in un viaggio che inizia con una spiegazione della gravità, dalla prospettiva classica di Isaac Newton a quella moderna e più complessa di Albert Einstein. Vi spiegherò poi come i movimenti di oggetti massicci creino le onde gravitazionali, che sono increspature nello spazio e nel tempo, e come queste possano essere utilizzate per spiegare alcuni misteri dell'universo e persino per aiutarci a capire le origini del nostro pianeta Terra.

Nel 1687, il grande matematico e fisico inglese Sir Isaac Newton pubblicò il suo famoso libro, Principia [1], in cui presentò la sua teoria della gravità, la prima teoria "universale" della scienza. La teoria di Newton dimostrò che la forza gravitazionale tra due oggetti è proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Sembra complicato, ma significa che più gli oggetti hanno massa e più sono vicini l'uno all'altro, più forte è la forza gravitazionale che esercitano l'uno sull'altro. Sebbene questo sia vero, si è scoperto che la meravigliosa teoria di Newton ha alcune limitazioni.

Equazione delle onde gravitazionali

Negli ultimi anni sono state fatte tante scoperte e scoperte scientifiche entusiasmanti. Di recente, l'attenzione si è concentrata sulla conferma delle onde gravitazionali, teorizzate da Einstein un secolo fa. La domanda che mi pongo come educatore è sempre quella di come condividere con gli studenti questi importanti progressi della scienza.

Come si fa a spiegare un concetto come quello delle onde gravitazionali ai giovanissimi? Soprattutto se si devono leggere diversi articoli sull'argomento per avere la sensazione di averlo capito? Buone notizie: non è così. Non sto dicendo che i bambini piccoli non siano in grado di apprendere concetti difficili, né che la scienza non sia una parte importante dell'educazione della prima infanzia e delle elementari. Tuttavia, sto dicendo che la cosa più importante quando si insegna ai bambini negli anni che precedono la scuola media è gettare solide basi nelle scienze, in modo che possano afferrare tutti questi fantastici progressi scientifici quando li leggeranno nei loro futuri libri di testo.

Quando ero specialista in scienze per la scuola dell'infanzia fino alla sesta classe, spesso mi sentivo rispondere incredula: "Insegni scienze ai bambini di 3 e 4 anni?!?", come se l'idea fosse folle. Sì, lo faccio, e si tratta di un gioco e di una scoperta. Credo che molte persone sentano parlare di scienza e pensino solo a camici da laboratorio e becchi Bunsen. Quando si insegna a questo livello, si costruiscono le basi da cui gli studenti attingeranno negli anni più avanzati della loro formazione. La scienza a questa età ha molto a che fare con la formazione della comprensione del mondo che li circonda.

Articolo sulle onde gravitazionali

Gli scienziati hanno rilevato le onde gravitazionali. Il capo astronomo del Franklin Institute, Derrick Pitts, spiega perché questa scoperta è importante per voi.Un'impressione d'artista delle onde gravitazionali generate da stelle binarie di neutroni.Crediti: R. Hurt/Caltech-JPL

Nel 1916, Albert Einstein pubblicò il suo monumentale lavoro sulla teoria generale della relatività. Tra le tante cose, la teoria prevedeva l'esistenza di onde di energia gravitazionale, generate dai fenomeni più energetici dell'universo, tra cui stelle di neutroni in rapida rotazione e buchi neri in collisione. Egli teorizzò che le onde gravitazionali si sarebbero propagate in tutto l'universo, trasportando informazioni vitali sui fenomeni che le avevano generate. Da allora, i ricercatori hanno messo a punto strumenti per cercare di rilevare le incredibilmente deboli "increspature nello stagno cosmico" prodotte da grandi eventi energetici.

Non riuscite a capire cosa siano le onde gravitazionali? Pensate che sono proprio come le increspature sulla superficie di uno stagno che si creano quando si lascia cadere un sasso nell'acqua.    Proprio come l'acqua, le increspature mostrano l'energia del sasso che passa attraverso l'acqua.  Le onde gravitazionali mostrano l'energia di un'enorme collisione galattica mentre si muove nello spaziotempo. Né l'acqua né lo spaziotempo si muovono realmente. Anzi, si dice che lo spaziotempo si "distorce" al passaggio dell'energia. Questa nuova scoperta è epocale, proprio come l'uso del telescopio per l'astronomia da parte di Galileo ha aperto nuovi orizzonti di scoperta. Gli astronomi dovrebbero ora essere in grado di aggiungere un nuovo livello di comprensione sul funzionamento dell'universo grazie alla raccolta di nuovi dati con i rilevatori di onde gravitazionali.

Legge di gravità

Un'onda gravitazionale è un'increspatura invisibile (ma incredibilmente veloce) nello spazio. Le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce (186.000 miglia al secondo). Al loro passaggio, queste onde schiacciano e stirano qualsiasi cosa si trovi sul loro cammino.

Einstein aveva previsto che quando due corpi, come pianeti o stelle, orbitano l'uno intorno all'altro, accade qualcosa di speciale. Egli riteneva che questo tipo di movimento potesse causare increspature nello spazio. Queste increspature si diffonderebbero come le increspature di uno stagno quando si lancia un sasso. Gli scienziati chiamano queste increspature dello spazio onde gravitazionali.

Le onde gravitazionali sono invisibili. Tuttavia, sono incredibilmente veloci. Viaggiano alla velocità della luce (186.000 miglia al secondo). Le onde gravitazionali schiacciano e stirano qualsiasi cosa si trovi sul loro cammino al loro passaggio.

Ma questi tipi di oggetti che creano onde gravitazionali sono molto lontani. E a volte questi eventi causano solo piccole e deboli onde gravitazionali. Le onde sono quindi molto deboli quando raggiungono la Terra. Questo rende le onde gravitazionali difficili da rilevare.