La teoria della relatività generale di Einstein può essere riassunta in sole 12 parole: “Lo spazio-tempo dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spazio-tempo come curvare”.

Ma questa breve descrizione del fisico John Wheeler nasconde una verità più complessa e profonda. Oltre alla teoria dei quanti, la relatività generale è uno dei due pilastri della fisica moderna – la nostra teoria operativa della gravità e del molto grande, dei pianeti, delle galassie e dell’universo nel suo insieme. È un’estensione della teoria speciale della relatività di Einstein – ma così massiccia che gli ci sono voluti 10 anni, dal 1905 al 1915, per passare dall’una all’altra.

La relatività speciale ci dice che il movimento deforma lo spazio e il tempo. Il colpo centrale di Einstein con la relatività generale fu di combinare questo con un principio notato più di tre secoli prima da Galileo: che gli oggetti che cadono accelerano alla stessa velocità indipendentemente dalla loro massa. Famosamente, una piuma e un martello lasciati cadere dalla Torre di Pisa colpiranno il suolo nello stesso momento, una volta scontata la resistenza dell’aria. (Durante l’atterraggio lunare dell’Apollo 15 nel 1971, l’astronauta David Scott confermò questo principio sulla luna senza aria).

Seguendo Galileo, Isaac Newton dimostrò che questo poteva essere vero solo se si verificava una strana coincidenza: la massa inerziale, che quantifica la resistenza di un corpo all’accelerazione, deve essere sempre uguale alla massa gravitazionale, che quantifica la risposta di un corpo alla gravità. Non c’è nessuna ragione ovvia per cui questo dovrebbe essere così, eppure nessun esperimento ha mai separato queste due quantità.

Nello stesso modo in cui aveva usato la velocità costante della luce per costruire la teoria speciale della relatività, Einstein dichiarò questo un principio di natura: il principio di equivalenza. Armati di questo e di una nuova concezione dello spazio e del tempo come uno “spazio-tempo” intrecciato, si può costruire un quadro in cui la gravità è solo una forma di accelerazione. Gli oggetti massicci piegano lo spazio-tempo intorno a loro, facendo sembrare che le cose accelerino verso di loro.

Questo spiega perché sentiamo una spinta verso il basso verso la Terra e perché la Terra orbita intorno al sole. Anche se la gravità è dominante su grandi scale cosmiche e vicino a masse molto grandi come i pianeti o le stelle, è in realtà di gran lunga la più debole delle quattro forze conosciute della natura – e l’unica non spiegata dalla teoria quantistica.

La teoria quantistica e la relatività generale infatti non vanno affatto d’accordo. Le due teorie generalmente lavorano su scale molto diverse, quindi non è un problema enorme. Ma ci impedisce di capire cosa è successo nei primissimi istanti del big bang, per esempio, quando l’universo era molto piccolo e la gravità era molto forte. E in un’altra situazione in cui le due cose si scontrano – all’orizzonte degli eventi di un buco nero – emergono paradossi irrisolvibili.

La grande speranza è che qualche “teoria del tutto” possa un giorno unificare la teoria dei quanti e la relatività generale – anche se tentativi come la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop finora non sono riusciti a trovare la merce.

Intanto la relatività generale non è mai stata trovata carente. La sua previsione che agglomerati di massa molto densi potrebbero deformare lo spazio-tempo così tanto che nemmeno la luce potrebbe uscirne si è rivelata vera. Ora chiamiamo questi oggetti “buchi neri”, possiamo fotografare gli “orizzonti degli eventi” che li circondano e siamo abbastanza sicuri che ce ne sia uno al centro di ogni galassia massiccia.

Ma forse il più grande trionfo della relatività generale è arrivato nel 2015, con la scoperta delle onde gravitazionali – increspature nello spazio-tempo causate dal movimento di oggetti molto massicci. Il segnale di due buchi neri che si avvicinano a spirale e si fondono è stato un trionfo del paziente e scrupoloso lavoro investigativo dell’esperimento Advanced LIGO. Richard Webb