La gravità, una vera attrazione

La storia affascinante della presenza che agisce sotto di noi e ci tiene con i piedi per terra

di Vincenzo Barone

30 luglio 2020

5' di lettura

«In principio Dio creò il Cielo e la Terra». Compare subito, nel versetto iniziale della Genesi, la coppia primigenia della creazione, il Cielo e la Terra, un binomio ricorrente - con qualche variazione sul tema - in molte mitologie antiche. Talvolta, prima del Cielo e della Terra, c’è qualcos’altro: il Caos, per esempio, o, come in un mito cinese, l’Uovo cosmico. Ma il Cielo e la Terra seguono a ruota. Dice Esiodo che «per primo fu Caos, e poi Gaia (la Terra) dall’ampio petto». Gaia generò Urano (il Cielo) e, giacendo assieme a lui, diede vita a una ricca prole. Il Cielo e la Terra erano quindi originariamente uniti: la loro separazione avvenne quando il «più tremendo dei figli», Crono, evirò il padre.

Una storia simile è narrata nella mitologia babilonese. Recita l’Enuma Elish: «Quando lassù il Cielo non era ancora stato nominato, e la Terra, quaggiù, non aveva ancora ricevuto il suo nome, nulla esisteva eccetto Apsu, il loro progenitore, e la creatrice Tiamat, la madre di tutti loro». Sarà di nuovo un fatto cruento, l’uccisione di Tiamat, tagliata in due «come un pesce secco» da Marduk, a separare il Cielo dalla Terra. Rispetto al racconto esiodeo, troviamo qui anche un’esplicita connotazione spaziale: lassù, in alto; quaggiù, in basso.

Lassù e quaggiù

Cielo e Terra, lassù e quaggiù, alto e basso: coppie che dominano le cosmogonie di civiltà molto diverse tra loro. La loro origine psico-cognitiva è chiara e risiede nella più immediata e naturale delle nostre esperienze: lo stare con i piedi per terra, il vedere gli oggetti che cadono dall’alto in basso - in una parola (più tarda), la gravità.

Che cos’è la gravità

Per capire davvero che cos’è la gravità, però, gli uomini hanno dovuto svincolarsi da questa visione ristretta delle cose, riconoscendone la contingenza e assumendo un punto di vista più generale. Un percorso millenario di scoperta, raccontato in maniera brillante da Richard Panek in un saggio divulgativo che è anche un esercizio splendidamente riuscito di quella storia delle idee che Giulio Giorello tanto amava, e che ha spesso ospitato nella collana «Scienza e idee» di Raffaello Cortina (e rattrista pensare che questo sia uno degli ultimi libri selezionati personalmente da lui).

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Aristotele

Dalla mitologia alla filosofia naturale: per Aristotele la gravità è la qualità dei corpi che si muovono naturalmente verso il basso, per la precisione verso il centro dell’universo, che coincide con la Terra. La qualità opposta, la levità, è tipica di altri corpi, come il fuoco, che tendono verso l’alto. La distinzione tra alto e basso corrisponde dunque a quella tra periferia e centro del cosmo: la Terra non cade, perché si trova già nella posizione verso cui tendono tutti gli oggetti pesanti. Aristotele giudica sbagliata la tesi di Anassimandro, secondo il quale, invece, la Terra non cade per «indifferenza», perché nello spazio vuoto non c’è distinzione tra alto e basso, né tra destra e sinistra, e niente, quindi, può far sì che la Terra si muova in una direzione piuttosto che in un’altra. L’argomentazione di Anassimandro, la prima basata sul principio di ragion sufficiente (o, come direbbe un fisico d’oggi, sulla simmetria), era, sul piano formale, perfettamente corretta: si sarebbe capito due millenni dopo che la distinzione tra alto e basso, tra lassù e quaggiù, ha senso soltanto in prossimità della superficie terrestre, che «rompe» la simmetria dello spazio, assoggettando tutti i corpi a una forza con un verso ben definito.

Galileo

La visione moderna della gravità comincia a emergere con Galileo, cui si devono la legge della caduta libera e la scoperta che Cielo e Terra sono entità della stessa natura, sedi degli stessi fenomeni: la Luna con le sue montagne simili a quelle terrestri, Giove con il suo corteo di satelliti, simili alla Luna e ai pianeti che si muovono attorno al Sole.

Isaac Newton

Ma è con Isaac Newton che i moti dei pianeti e quelli dei corpi che cadono vengono riconosciuti come manifestazioni della stessa forza universale, soggetta a una semplice legge matematica. Newton la enuncia nel terzo libro dei suoi Principia (1687). «La gravità - afferma nella Proposizione VII - esiste in tutti i corpi ed è proporzionale alla quantità di materia contenuta in ciascuno di essi», e poi, con una piccola variante terminologica, precisa: «La gravitazione verso le singole particelle di un corpo è inversamente proporzionale al quadrato delle distanze dei luoghi da tali particelle». Il neologismo gravitatio, al posto di gravitas, è significativo, perché segna il passaggio dalla vecchia concezione della gravità come pesantezza, all’idea della gravità come forza di attrazione reciproca tra i corpi. Quanto alla causa di questa forza, nello Scolio Generale aggiunto alla seconda edizione (1713) dei Principia, Newton confessa di non essere riuscito a dedurla dai fenomeni, e decide di non fare ipotesi.

Per due secoli e mezzo la visione newtoniana della gravità ha dominato la fisica, accumulando innumerevoli successi nell’ambito della meccanica celeste e fungendo da modello per la descrizione delle altre forze della natura. Non fu qualche difficoltà empirica a farla tramontare, bensì l’acuta interrogazione sui fondamenti da parte di un altro genio, Albert Einstein. Perché, si chiede Einstein, la quantità che compare nella legge newtoniana della gravitazione e che misura l’intensità della forza - la «massa gravitazionale» - ha esattamente lo stesso valore della quantità, a priori diversa, che compare nella legge del moto - «la massa inerziale»? Che legame profondo c’è tra la gravità e l’inerzia? La risposta arriverà dal suo capolavoro teorico del 1915, la relatività generale, che riconcepisce integralmente la gravità: non più azione a distanza, ma proprietà geometrica dello spazio, inteso come campo dinamico.

Onde gravitazionali

La più recente conferma di questa teoria, con la rivelazione delle onde gravitazionali provenienti da collisioni di buchi neri e stelle di neutroni, è cosa ben nota. Altre precisissime verifiche ci vengono quotidianamente dagli orologi atomici, che sono in grado di misurare il diverso scorrere del tempo tra un punto posto più in alto (quindi soggetto a una gravità terrestre minore) e un punto posto più in basso (soggetto a una gravità terrestre maggiore): una sorta di rivisitazione moderna del binomio lassù-quaggiù da cui siamo partiti.

Rimangono, tuttavia, alcuni enigmi irrisolti. Il primo riguarda l’incredibile debolezza della gravità, che è miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di volte più debole dell’altra forza che ci è familiare, e che domina il mondo dell’esperienza ordinaria, la forza elettromagnetica. Il secondo enigma è legato al fatto che la gravità è, nello schema teorico attuale, l’unica interazione che ha a che fare con la geometria spaziotemporale. Sono due peculiarità che non sappiamo spiegare. Ci riusciremo, probabilmente, quando saremo in grado di conciliare la teoria della gravitazione con la teoria quantistica - il grande obiettivo della fisica contemporanea.

La gravità - la forza che muove il Sole e le altre stelle, che tiene assieme il cosmo e ne governa l’evoluzione - rimane, dopo due millenni, una questione aperta: non solo sotto i nostri piedi (e nel moto degli astri), ma in ogni angolo dell’universo, nelle profondità dello spazio e del tempo, c’è un mistero affascinante che aspetta ancora di essere svelato.

Il mistero sotto i nostri piedi. L’enigma della gravità, Richard Panek.Raffaello Cortina, Milano, pagg. 212, € 19

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