La lastra del 1919: la luce che si piega accanto al Sole
Nel 1919 due spedizioni fotografarono le stelle accanto al Sole eclissato: una lastra di vetro mostrò la luce piegata dalla gravità.
Il 29 maggio 1919 il Sole si oscurò per alcuni minuti lungo una striscia che attraversava l'equatore, dal Sud America all'Africa. In due punti di quella striscia c'erano telescopi britannici puntati non sul Sole, ma su ciò che gli stava intorno: le stelle dell'ammasso delle Iadi, che quel giorno gli facevano da sfondo. A Sobral, nel nord-est del Brasile, Andrew Crommelin e Charles Davidson dell'Osservatorio di Greenwich. Sull'isola di Príncipe, al largo dell'Africa occidentale, Arthur Eddington ed Edwin Cottingham, del gruppo di Cambridge.
Lo scopo era misurare uno spostamento minuscolo. Secondo la relatività generale di Einstein, una stella vista sfiorare il bordo del Sole doveva apparire spostata di 1,75 secondi d'arco, circa un duemillesimo di grado, allontanata dal Sole perché la sua luce, passandogli accanto, si piega. Un calcolo newtoniano, che tratta la luce come materia soggetta alla gravità, dava la metà. Restava anche l'ipotesi più semplice: nessuno spostamento.
Una misura fatta di vetro
Lo strumento decisivo non fu il telescopio. Fu la lastra: vetro coperto di emulsione, sul quale le stelle restano come punti. Per vedere lo spostamento bisognava confrontare due lastre dello stesso cielo: una presa durante l'eclissi, con il Sole in mezzo, e una presa di notte, quando il Sole è altrove. Da Sobral la squadra tornò in luglio a fotografare le stesse stelle prima dell'alba. Per Príncipe le lastre di confronto erano state prese a Oxford, in gennaio e febbraio.
Il cielo non fu uguale per tutti. A Príncipe il giorno cominciò con un forte temporale e si aprì appena prima della totalità. Eddington telegrafò tre parole: «Through cloud, hopeful», attraverso le nubi, fiducioso. Delle sue lastre, solo due risultarono abbastanza buone per la misura. A Sobral il cielo era limpido, ma le lastre del telescopio principale uscirono con immagini diffuse, fuori fuoco: la causa fu attribuita al calore del Sole sullo specchio che vi rifletteva la luce. Salvò la misura un secondo obiettivo, più piccolo, da quattro pollici.
Il 6 novembre 1919, in una riunione congiunta della Royal Society e della Royal Astronomical Society, furono annunciati i risultati: 1,98 secondi d'arco da Sobral, 1,61 da Príncipe. Le lastre difettose furono scartate, e il rapporto lo disse apertamente. Nel 1979 le lastre originali di Sobral furono rimisurate con macchine moderne: il risultato rimase sostanzialmente lo stesso. Il vetro aveva custodito la prova per sessant'anni.
Un niente contro tutto il cielo
C'è qualcosa di severo in questa storia di scala. Una massa enorme, il Sole, rivela la forma dello spazio-tempo con uno scarto di meno di due secondi d'arco. Il cosmo non si è fatto vedere grande: si è fatto vedere preciso. E lo ha fatto su un oggetto che si tiene in mano e che si rompe se cade.
Oggi lo stesso effetto ha un nome che suona come una leggenda: lente gravitazionale. Il telescopio spaziale Hubble ha fotografato galassie lontane deformate dalla massa di ammassi di galassie in primo piano. Il satellite Gaia, che misura le posizioni delle stelle, deve tenere conto della deviazione dovuta al Sole su tutto il cielo. Ciò che nel 1919 era un'ipotesi da verificare è diventato una correzione di routine.
Nella Gravitational Lens dell'Impossible Lab si sposta una lente davanti a un campo di stelle e si guarda lo sfondo deformarsi. Lo strumento dichiara i suoi limiti: l'equazione della lente sottile per una massa puntiforme, non un ray tracing relativistico completo. È un gioco, ma ripete la domanda delle lastre: che cosa sta tra noi e la luce che guardiamo? È la stessa idea di Pensare contro la scala cosmica: le cose piccole non diventano inutili perché l'universo è grande. Diventano più precise.
La lastra non dice che lo spazio è curvo. Mostra una stella fuori posto di un niente, e lascia che quel niente sia la prova.
Fonti: F. W. Dyson, A. S. Eddington, C. Davidson, A Determination of the Deflection of Light by the Sun's Gravitational Field, from Observations made at the Total Eclipse of May 29, 1919, Phil. Trans. R. Soc. A 220 (1920); The Observatory 42, n. 545, novembre 1919 (resoconto della riunione del 6 novembre 1919); Nature 103, 1919, «The Solar Eclipse»; R. Catchpole e G. Dolan, General Relativity and the 1919 Solar Eclipse, royalobservatorygreenwich.org; G. M. Harvey, The Observatory 99 (1979).
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