Il leggendario fisico Albert Einstein era un pensatore che era in anticipo sui tempi. Nato il 14 marzo 1879, Einstein arrivò in un mondo in cui il pianeta nano Plutone non era ancora stato scoperto e l'idea del volo spaziale era un sogno lontano. Nonostante i limiti tecnici del suo tempo, Einstein pubblicò il suo famoso La teoria della relatività generale nel 1915, che fece previsioni sulla natura dell'universo che sarebbero state confermate ancora e ancora per più di 100 anni.
Ecco 10 osservazioni recenti che cento anni fa hanno dato ragione a Einstein sulla natura del cosmo e una che gli ha dato torto.
La teoria della relatività generale di Einstein descrive la gravità come una conseguenza della distorsione dello spazio-tempo, essenzialmente più un oggetto è massiccio, più distorce lo spazio-tempo e costringe gli oggetti più piccoli a cadere su di esso. La teoria prevede anche l'esistenza di buchi neri, oggetti massicci che distorcono lo spazio-tempo così tanto che nemmeno la luce può sfuggirgli.
Quando i ricercatori che hanno utilizzato l'Event Horizon Telescope (EHT) hanno ottenuto il primo nella storia immagine di un buco nero, hanno dimostrato che Einstein aveva ragione su alcune cose molto specifiche, vale a dire che ogni buco nero ha un punto di non ritorno chiamato orizzonte degli eventi, che dovrebbe essere approssimativamente rotonda e di dimensioni prevedibili in base alla massa del buco nero. Un'immagine rivoluzionaria di un buco nero ottenuta dall'EHT ha mostrato che questa previsione era assolutamente corretta.
Gli astronomi hanno dimostrato ancora una volta che la teoria dei buchi neri di Einstein è corretta quando hanno scoperto uno strano modello di radiazione di raggi X vicino a un buco nero a 800 milioni di anni luce dalla Terra.
Oltre ai raggi X attesi che emettono bagliori dalla parte anteriore del buco nero, il team ha anche scoperto i predetti "echi luminosi" della luce dei raggi X emessa da dietro il buco nero, ma ancora visibili dalla Terra perché il buco nero deforma lo spazio- tempo attorno a sé.
La teoria della relatività di Einstein descrive anche enormi increspature nel tessuto dello spazio-tempo chiamate onde gravitazionali. Queste onde sono causate dalla fusione degli oggetti più massicci dell'universo, come i buchi neri e le stelle di neutroni.
Utilizzando uno speciale rilevatore chiamato Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory (LIGO), i fisici hanno confermato l'esistenza delle onde gravitazionali nel 2015 e hanno continuato a scoprire dozzine di altri esempi di onde gravitazionali negli anni successivi, dimostrando ancora una volta che Einstein aveva ragione.
Lo studio delle onde gravitazionali può svelare i segreti degli oggetti massicci e distanti che le emettono.
Studiando le onde gravitazionali emesse da una coppia di buchi neri binari che si sono lentamente scontrati nel 2022, i fisici hanno confermato che gli oggetti massicci oscillavano – o precedevano – nelle loro orbite mentre si avvicinavano l'uno all'altro, proprio come aveva previsto Einstein.
Gli scienziati hanno visto ancora una volta la teoria della precessione di Einstein in azione studiando una stella in orbita attorno a un buco nero supermassiccio per 27 anni.
Dopo aver completato due orbite complete attorno al buco nero, la stella ha iniziato a "danzare" in avanti sotto forma di una rosetta, invece di muoversi in un'orbita ellittica fissa. Questo movimento confermò la previsione di Einstein secondo cui un oggetto estremamente piccolo dovrebbe ruotare attorno a uno relativamente gigante.
Non solo i buchi neri distorcono lo spazio-tempo che li circonda, ma anche il guscio super denso delle stelle morte può farlo. Nel 2020, i fisici hanno studiato come una stella di neutroni aveva orbitato attorno a una nana bianca (due tipi di stelle collassate e morte) negli ultimi 20 anni e hanno scoperto una deriva a lungo termine nel modo in cui i due oggetti orbitano l'uno rispetto all'altro.
Secondo i ricercatori, questa deriva è stata probabilmente causata da un effetto chiamato trascinando la cornice, essenzialmente, la nana bianca ha allungato lo spazio-tempo abbastanza da cambiare leggermente l'orbita della stella di neutroni nel tempo. Ciò conferma ancora una volta le previsioni della teoria della relatività di Einstein.
Secondo Einstein, se un oggetto è abbastanza massiccio, dovrebbe distorcere lo spazio-tempo in modo tale che la luce lontana emessa da dietro l'oggetto appaia ingrandita (come vista dalla Terra).
Questo effetto è chiamato lente gravitazionale ed è ampiamente utilizzato per ingrandire gli oggetti nell'universo profondo. È noto che la prima immagine in campo profondo del James Webb Space Telescope ha utilizzato l'effetto di lente gravitazionale di un ammasso di galassie a 4,6 miliardi di anni luce di distanza per ingrandire notevolmente la luce delle galassie a più di 13 miliardi di anni luce di distanza.
Una forma di lente gravitazionale è così brillante che i fisici non hanno potuto fare a meno di chiamarla in onore di Einstein. Quando la luce proveniente da un oggetto distante si ingrandisce in un alone perfetto attorno a un oggetto massiccio in primo piano, gli scienziati lo chiamano "anello di Einstein".
Questi incredibili oggetti esistono in tutto lo spazio e sono stati fotografati da astronomi e scienziati dilettanti.
Mentre la luce viaggia attraverso l'universo, la sua lunghezza d'onda viene spostata e allungata in diversi modi noti come spostamento verso il rosso. Il tipo più famoso di spostamento verso il rosso è legato all'espansione dell'universo (Einstein ha proposto un numero chiamato costante cosmologica per spiegare questa apparente espansione nelle sue altre equazioni).
Tuttavia, Einstein ha anche predetto un tipo di "spostamento verso il rosso gravitazionale" che si verifica quando la luce perde energia durante il viaggio da una depressione nello spaziotempo creata da oggetti massicci come le galassie. Nel 2011, uno studio sulla luce proveniente da centinaia di migliaia di galassie lontane ha dimostrato che il redshift gravitazionale esiste, proprio come previsto da Einstein.
Le teorie di Einstein sembrano valere anche nel regno dei quanti. La teoria della relatività presuppone che la velocità della luce nel vuoto sia costante, il che significa che lo spazio dovrebbe apparire uguale da tutti i lati. Nel 2015, i ricercatori hanno dimostrato che questo effetto è valido anche sulle scale più piccole, quando hanno misurato l'energia di due elettroni che si muovono in direzioni diverse attorno al nucleo di un atomo.
La differenza di energia tra gli elettroni è rimasta costante indipendentemente dalla direzione in cui si stavano muovendo, confermando questa parte della teoria di Einstein.
In un fenomeno chiamato entanglement quantistico, le particelle entangled possono apparentemente comunicare tra loro su vaste distanze più velocemente della velocità della luce e "scegliere" uno stato in cui abitare solo dopo essere state misurate. Einstein odiava questo fenomeno, definendolo il "terribile effetto a distanza" e insisteva sul fatto che nessun effetto può viaggiare più veloce della luce e che gli oggetti hanno uno stato indipendentemente dal fatto che li misuriamo o meno.
Ma in un esperimento globale su larga scala in cui sono state misurate milioni di particelle entangled in tutto il mondo, i ricercatori hanno scoperto che le particelle sembrano scegliere uno stato solo nel momento in cui vengono misurate, e non prima.
"Abbiamo dimostrato che la visione del mondo di Einstein... in cui le cose hanno proprietà che tu le osservi o meno, e nessun effetto viaggia più veloce della luce, non può essere vera - almeno una di queste cose deve essere falsa", ha detto il coautore. ricerca di Morgan Mitchell, professore di ottica quantistica presso l'Istituto di scienze fotoniche in Spagna, in un'intervista con la rivista Live Science nel 2018.
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