E se un albero arrrivasse alla Luna?

Anche quest'anno a scuola è giunto il momento di spiegare la gravitazione e puntuale come sempre si ripropone una situazione a cui ormai dovrei essere abituato ma che mi lascia sempre basito.

Domanda mia: la forza di gravità diminuisce all'aumentare della distanza dalla Terra?
Risposta degli alunni: si!
Domanda mia: se ci si allontana dalla superficie ci sarà una certa distanza oltre la quale la gravità smette di agire?
Risposta degli alunni: si! quando non c'è più aria!!!

Le prime volte non gli davo molto peso ma con il passare del tempo ho dovuto prendere atto di questa strana realtà. A quanto pare la stragrande maggioranza dei miei studenti (e temo che la cosa riguardi anche diversi adulti) è convinta che la forza di gravità abbia qualcosa a che fare con l'atmosfera....
Perchè, mi chiedo?
Probabilmente perchè tutte le situazioni in cui immaginiamo non ci sia gravità sono effettivamente fuori dall'atmosfera terrestre, sinceramente però non avevo mai pensato che qualcuno potesse mettere le due cose in correlazione causa-effetto...

Appena superato il primo stupore, faccio del mio meglio per riportare i ragazzi sulla retta via e di solito mi appoggio a un'esempio che la tradizione attribuisce niente meno che a Newton: l'ho sempre trovato affascinante e ora lo descrivo qui.

La storia (probabilmente non del tutto autentica...) racconta che il giovane Isaac Newton fosse seduto sotto un melo quando all'improvviso una mela gli cadde sulla testa. La cosa lo spinse a farsi qualche domanda tra cui:

Perchè questa mela è caduta?
Bè, perchè la forza di gravità l'ha fatta cadere!
E cosa sarebbe successo se l'albero fosse stato più alto?
Bè, sarebbe caduta comunque!
Mmm e se l'albero fosse stato davvero molto molto alto, tanto da arrivare fino alla Luna?

Quest'ultima domanda è davvero interessante ed è la chiave di tutto: per quanto possa essere alto questo albero immaginario non c'è nessun ragionevole motivo per cui la forza di gravità non dovrebbe attrarre le sue mele verso terra. Anche se salendo l'aria si fa sempre più rarefatta fino a sparire non cambia nulla, la gravità deve continuare ad agire! Questo ragionamento potrebbe bastare ai miei studenti per convincersi che in effetti l'atmosfera non c'entra niente con la forza peso ma non è bastato a Newton che ha continuato a rimuginarci su:

Ma quindi, se la gravità continua ad agire anche lontano dalla superficie, anche la Luna stessa deve risentirne... Vuoi vedere allora che la forza che tiene la Luna vicino al nostro pianeta è la stessa che fa cadere le mele dagli alberi?!?

Ecco fatto, un po' di conti per verificare che l'intuizione sia esatta e la rivoluzione è servita!
Con "la stessa" non si intende ovviamente che l'intensità è uguale (il fatto che l'attrazione diminuisca con l'aumentare della distanza è ancora vero...) ma che la natura di quelle due forze è unica.
Fino ad allora si pensava che le forze agenti su mondo terrestre fossero diverse da quelle che governano il mondo celeste. Sulla Terra esisteva la forza di gravità, ma la forza che teneva la Luna vicina alla Terra e i pianeti intorno a Sole era ancora un mistero. Newton è famoso, tra le altre cose, per aver unificato i due concetti e aver elaborato così una teoria della Gravitazione Universale.

Newton continua a non fermarsi e si chiede:

Perchè allora la Luna non cade come farebbero le mie mele immaginarie?

La risposta che trova è corretta ma non del tutto completa. La Luna non cade perchè ha una velocità sufficiente a tenerla in orbita. In pratica guardando la cosa dal punto di vista lunare significa che la forza centrifuga dovuta al moto intorno alla Terra è uguale e contraria alla forza di gravità per cui la Luna rimane sempre più o meno alla stessa altezza. L'incompletezza è dovuta al fatto che Newton non ha idea di cosa abbia dato alla Luna questa velocità e tra l'altro non ha nemmeno idea di cosa sia davvero questa gravità che ha appena descritto così bene. Alla domanda "ma cos'è la gravità?" lui rispondeva "Hypotheses non fingo" che tradotto significa grosso modo "non faccio finta di saperlo"!

Oggi sappiamo che la velocità della Luna trova una spiegazione nella teoria della formazione del sistema solare mentre la gravità trova un'ottima interpretazione nella teoria della Relatività Generale di Einstein: questo significa che il povero Isaac è morto senza trovare una risposta a queste domande...

Se vi è piaciuto mettervi nei panni di Newton e riflettere sulla forza di gravità non potete non leggere questo libro: "Isaac Newton e la sua mela" di K. Poskitt. È un libro pensato per dei ragazzini delle medie o dei primi anni di superiori ma in realtà è adatto a tutti. Io l'ho letto per la prima volta quand'ero all'università e l'ho trovato bellissimo!

Spero però che a questo punto nella mente di chi legge sia sorta un'obiezione: perchè allora gli astronauti nella Stazione Spaziale Internazionale (ISS) si trovano in assenza di gravità pur essendo molto più vicini alla Terra di quanto non lo sia la Luna?
Bè, in realtà gli astronauti non sono affatto in situazione di assenza di gravità ma di assenza di peso! C'è differenza? Certo che si! Per avere assenza di gravità bisognerebbe andare a una grande distanza (teoricamente infinita) dal pianeta... La Stazione Spaziale è molto vicina alla Terra ma si trova in orbita, una condizione del tutto analoga alla caduta libera. In questo caso sia la struttura che i suoi abitanti si muovono lungo la stessa traiettoria ed è per questo che non c'è nessuna forza che spinge gli astronauti sul pavimento della ISS. La gravità c'è eccome, quello che manca è il peso!

A proposito de "La teoria del tutto"

Sabato pomeriggio sono andato al cinema a vedere "La teoria del tutto".

Quando, un paio di mesi fa, ho scoperto che sarebbe uscito a breve un film su Stephen Hawking la cosa mi ha subito interessato. Non è la prima volta che viene girato un film con protagonista uno scienziato, basti pensare ai matematici Nash e Turing nei rispettivi A beautiful mind e The imitation game, ma in questo caso mi sono sentito più coinvolto perchè lo scienziato in questione si occupa di argomenti che hanno fatto parte del mio corso di studi e che quindi conosco abbastanza bene.

Contemporaneamente però mi sono un pò intristito pechè mi sono reso conto che difficilmente sarei riuscito a vederlo sul grande schermo... Non andavo al cinema da poco più di due anni, vale a dire da poco prima che nascesse il mio primo bimbo, evento che ha ovviemente ridefinito le priorità e il modo di gestire il tempo libero. Visto poi che da non molto i pargoli sono diventati due il cinema, che io e mia moglie frequentavamo volentieri, è stato posticipato a data da destinarsi...

La svolta è arrivata quando, parlando con dei colleghi a scuola, ho buttato lì l'idea di proporre agli studenti più grandi che ne avessero voglia di andare a vederlo tutti insieme. Vista la situazione che ho descritto poco fa, l'unica possibilità per me era organizzare la cosa in un sabato o domenica pomeriggio, quando sarebbe stato realistico star via di casa senza gravare troppo sulla famiglia: alla sera, per quanto il cinema sia più suggestivo, la gestione dei bambini sarebbe stata ben più complicata.

L'idea inizialmente è piaciuta, poi però come spesso accade, la pratica si rivela diversa dalla teoria e alla fine in coda alla cassa del cinema UCI di Lissone eravamo solo in 3... Ok, speravo in un'affluenza maggiore e se fosse stato alla sera sarebbe sicuramente andata meglio, ma è andata bene anche così.

Scusandomi per il lungo preambolo, ora parlo del film. Non sono un critico cinematografico e non mi reputo molto bravo a descrivere un film quindi questa non è una recensione, solo la mia impressione.

A me è piaciuto. La storia di Hawking è senza dubbio affascinante così come le intuizioni che ha avuto. La trama, tratta dal libro "Verso l'infinito" scritto dalla prima moglie, comincia con un Hawking che ha appena iniziato il dottorato, che conosce la ragazza che diventerà sua moglie (e quindi l'autrice del libro) e che scopre la malattia che cambierà la sua vita. Il film prosegue raccontando come l'amore tra i due sia stato fondamentale per non perdere le speranze e continuare a portare avanti gli studi e il lavoro.

In parallelo vengono spiegati a grandi linee i contenuti delle teorie cosmologiche di Hawking mostrando anche il loro evolvere e cambiare nel corso degli anni.
Come mi aspettavo il regista non dedica troppo tempo ai dettagli scientifici e trovo che sia stata una buona idea: per far capire davvero come funzioni un buco nero e soprattutto in cosa consista la "radiazione di hawking" ci vorrebbe un documentario lungo e approfondito, non un film. A me è piaciuto vedere i continui richiami e accenni alle teorie dello scienziato durante il racconto della sua vita in modo da contestualizzarle.

Uscito dal cinema, dopo aver ringraziato i miei due compagni di visione, mi sono trovato a riflettere due due aspetti a mio avviso interessanti:
1. Pur non scadendo in sdolcinatezze, il film ha molte sequenze sentimentali, il cui filo conduttore è "se Stephen Hawking è quello che è oggi, lo deve alla relazione con la sua prima moglie". Sono convinto che sia vero ma allo stesso tempo mi fa strano pensare che poi, dopo 25 anni, i due si siano lasciati pur rimanendo amici. Per carità, sono cose che succedono, però un po' di tristezza la dà...
2. Stephen Hawking era già famoso prima di questo film e tutti quelli che sanno chi è sanno anche che la sua fama è legata ai buchi neri. Tuttavia se penso ai buchi neri mi vengono in mente tanti altri nomi altrettanto importanti se non di più. Avete mai sentito nominare Schwarzschild, Kerr, Shakura e Sunyaev, Chandrasekhar? Se non siete fisici credo di no, eppure anche questi scienziati hanno dato un contributo fondamentale alla questione e ce ne sono tanti altri! Perchè allora alcuni sono più famosi di altri?
Non credo esista una risposta sola. Il mio parere è che nel caso di Hawking i motivi siano fondamentalmente due. Il primo è ovvio ed è la sua malattia: un uomo di genio che vive bloccato su una sedia ed è costretto a parlare attraverso un computer è un caso più unico che raro, colpisce l'immaginario collettivo e a volte si fa quasi fatica a crederci. Un personaggio del genere non può passare inosservato e direi che se lo merita. Il secondo è altrettanto rilevante ed è l'aver scritto un libro divulgativo di successo. Hawking nel 1988 ha pubblicato "Dal big bang ai buchi neri - breve storia del tempo" in cui racconta la cosmologia al grande pubblico. Io l'ho letto anni fa e lo consiglio a tutti: è scritto bene ed è comprensibilie praticamente a tutti. Sarà un talento naturale o sarà che quando devi scrivere un libro a circa 4 parole al minuto quelle parole le scegli con cura, fatto sta che Hawking è un ottimo divulgatore. Ed è per questo secondo me che il suo nome è uscito dagli ambienti accademici ed è arrivato alla gente.

Restando in tema, concludo con uno spezzone di una puntata di "The Big Bang Theory" in cui ha partecipato, come guest star, il vero Stephen Hawking! Fenomenale.

Alla prossima!