Saremmo stati in grado di comprendere l’universo senza l’intuizione di Albert Einstein? Ispirato da un’affascinante premessa fantascientifica – una civiltà aliena capace di viaggi interstellari ma completamente ignara della relatività – questo articolo esplora l’insostituibile contributo di Einstein alla storia della scienza. La Teoria della Relatività Generale non è nata da una semplice accumulazione di dati sperimentali, ma da una straordinaria audacia intellettuale, guidata da quella che lo stesso fisico considerava una “responsabilità morale verso la verità”. Senza il suo coraggio di sfidare le nozioni classiche e scoprire che spazio e tempo formano un tessuto dinamico, la nostra moderna comprensione del cosmo, dell’origine del Big Bang e persino di tecnologie di uso quotidiano come il GPS sarebbero oggi impossibili.

L’enigma di Erid: fantascienza che invita alla riflessione

Il romanzo  Project Hail Mary  presenta un’idea affascinante: una civiltà tecnologicamente avanzata, capace di viaggiare tra le stelle ma ignara delle leggi della relatività.

Il romanzo racconta la storia di Ryland Grace, uno scienziato che si sveglia da solo su un’astronave senza alcun ricordo di chi sia o di come sia arrivato lì. Recupera gradualmente la memoria e scopre di essere stato inviato in una missione disperata per salvare la Terra da un microrganismo extraterrestre che minaccia di causare l’estinzione globale. La sua destinazione è il sistema stellare Tau Ceti . ^[1]

Lì, si imbatte in una straordinaria sorpresa: un’astronave aliena pilotata da un essere intelligente. Nonostante le profonde differenze biologiche e sensoriali, riescono a comunicare e a scoprire che i loro rispettivi pianeti, Erid e la Terra, sono minacciati dallo stesso fenomeno. Il romanzo narra le sfide scientifiche e umane che affrontano nel tentativo di risolverlo.

L’autore, Andy Weir, ha svolto una ricerca meticolosa sui vari argomenti scientifici trattati nel romanzo, dando vita a un’opera in cui la scienza non funge semplicemente da sfondo, ma da motore narrativo. Weir introduce forme di vita immaginarie che, pur essendo fittizie, seguono plausibili leggi biochimiche; descrive in modo convincente lo sviluppo di un linguaggio comune tra specie con sistemi sensoriali completamente diversi; e incorpora gli effetti relativistici associati ai viaggi ad alta velocità. Il tutto è accompagnato da innumerevoli dettagli che riflettono, con notevole accuratezza, lo stato attuale delle nostre conoscenze scientifiche.

Ma una delle premesse più intriganti del romanzo è un’altra: la civiltà aliena possiede la tecnologia per viaggiare tra le stelle, eppure ignora le leggi della relatività. Albert Einstein non ha mai visitato Erid, il pianeta natale degli alieni, e quella civiltà non ha mai sviluppato la teoria che descrive la gravità come la curvatura dello spaziotempo. Questa idea porta immediatamente a una domanda affascinante: saremmo stati in grado di comprendere la gravità su scala cosmica senza l’intuizione di Einstein? In che stato si troverebbe la scienza oggi se Einstein non fosse mai esistito?

Come Einstein arrivò alla teoria della relatività generale

Albert Einstein fu uno scienziato unico. Nel 1905, mentre lavorava all’Ufficio brevetti di Berna esaminando le domande di brevetto, pubblicò cinque articoli che rivoluzionarono la fisica e fecero di quell’anno il suo celebre  Annus Mirabilis . In essi, affrontò problemi fondamentali di meccanica classica, elettromagnetismo e termodinamica con un’audacia senza precedenti.

La sua tesi di dottorato,  Determinazione delle dimensioni molecolari , gli valse questo commento dal suo biografo Walter Isaacson: “La sua tesi sarebbe diventata una delle sue opere più citate e più pratiche, con applicazioni in campi diversi come la miscelazione del cemento, la produzione di latte o la produzione di aerosol” ^[2] .

Nel giugno del 1905 pubblicò  “Su un punto di vista euristico riguardante la produzione e la trasformazione della luce “, un’opera in cui spiegava l’effetto fotoelettrico utilizzando l’ipotesi dei quanti di luce. Decenni dopo, questa ricerca gli sarebbe valsa il Premio Nobel per la Fisica nel 1921.

Poco tempo dopo apparve il suo studio sul moto browniano, ”  Sul moto di piccole particelle sospese in un liquido stazionario, richiesto dalla teoria cinetico-molecolare del calore” , che fornì una delle prime prove concrete dell’esistenza degli atomi, ancora oggetto di dibattito all’epoca.

Il 26 settembre pubblicò  “Sull’elettrodinamica dei corpi in movimento” , in cui formulò la teoria della relatività ristretta. In quest’opera, ribaltò le nozioni classiche di spazio e tempo assoluti e stabilì la costanza della velocità della luce.

Nello stesso anno completò il cerchio con un breve articolo,  “L’inerzia di un corpo dipende dal suo contenuto energetico?” , in cui derivò l’equazione più famosa della storia: E=mc²

In pochi mesi, Einstein aveva gettato le basi della meccanica quantistica, rafforzato la realtà fisica degli atomi e rivoluzionato la nostra comprensione di spazio, tempo, massa ed energia.

Ma la sua mente era inquieta perché, per lui, la fisica rappresentava soprattutto una responsabilità morale verso la verità. La relatività ristretta affermava che nulla può viaggiare più veloce della luce, ma la legge di gravitazione universale di Isaac Newton implicava un’azione gravitazionale istantanea a distanza. Einstein intuì immediatamente la contraddizione: aveva bisogno di una nuova teoria della gravità compatibile con il limite cosmico della velocità della luce.

Nel 1907 ebbe quello che definì “il pensiero più felice della mia vita”. Immaginò una persona che cadeva liberamente da un tetto: durante la caduta, non avrebbe sentito il proprio peso. Da questa intuizione, formulò il principio di equivalenza, secondo il quale gli effetti della gravità e dell’accelerazione sono localmente indistinguibili.

Attraverso esperimenti mentali ha analizzato sistemi accelerati e rotanti, giungendo a una conclusione La conclusione rivoluzionaria: questi sistemi potevano essere descritti accuratamente solo dalla geometria non euclidea, ovvero dallo spazio curvo. Se l’accelerazione richiedeva una geometria curva, allora anche la gravità doveva essere una manifestazione della geometria dello spaziotempo. La gravità cessò quindi di essere una forza invisibile e divenne una proprietà della struttura dell’universo.

Per esprimere matematicamente quest’idea, dovette addentrarsi in territori a lui pressoché sconosciuti: la geometria di Bernhard Riemann e il calcolo tensoriale. Si avvalse del prezioso aiuto del suo amico, il matematico Marcel Grossmann.

Gli anni successivi furono un’estenuante lotta intellettuale. Einstein progredì tra intuizioni brillanti, errori matematici e continui dubbi. Si trasferì a Berlino e lavorò quasi ossessivamente finché, nel novembre del 1915, presentò finalmente le equazioni della Relatività Generale.

Ricordando quel processo, scrisse: “Gli anni di ricerca nell’oscurità di una verità che si sente ma non si può esprimere, l’intenso desiderio e le alternanze tra fiducia e dubbio fino a raggiungere chiarezza e comprensione, sono noti solo a coloro che li hanno sperimentati personalmente” ^[3] . Il risultato fu un insieme di equazioni di enorme complessità matematica che descrivono come la materia e l’energia deformano lo spaziotempo. Decenni dopo, John Wheeler le riassunse con un’eleganza insuperabile: “La materia dice allo spaziotempo come curvarsi; lo spaziotempo dice alla materia come muoversi” ^[4] .

La teoria della relatività generale sarebbe emersa senza Einstein?

La questione di come si sarebbe evoluta la scienza se Einstein non fosse esistito è stata posta molte volte, e le risposte variano considerevolmente. È importante ricordare, innanzitutto, che all’inizio del XX secolo non vi era alcuna impellente pressione sperimentale per sostituire la teoria della gravitazione di Newton. L’unico problema significativo era l’anomalia del perielio di Mercurio, che avanzava di circa 43 secondi d’arco per secolo in più rispetto a quanto previsto dalle equazioni di Newton. Inoltre, Henri Poincaré aveva espresso dubbi sulla possibilità che la gravità agisse istantaneamente a distanza. Tuttavia, queste questioni non erano al centro della ricerca fisica dell’epoca.

In effetti, anche dopo la formulazione della Relatività Generale, la teoria fu accolta con un certo grado di indifferenza e scetticismo. L’Accademia Reale Svedese delle Scienze non conferì mai a Einstein il Premio Nobel per la relatività. Quando finalmente ricevette il premio nel 1922, fu “per i suoi servizi alla fisica teorica, e in particolare per la sua scoperta della legge dell’effetto fotoelettrico”. Persino durante la cerimonia di premiazione, gli fu sconsigliato di incentrare il suo discorso di accettazione sulla relatività. ^[5]

Come ha osservato lo storico della scienza Marco Mamone Capria: “Fino all’inizio degli anni ’50, la relatività generale era un argomento poco frequentato dai fisici; una teoria che meritava di essere lodata, ma che poteva essere tranquillamente ignorata”. ^[6]

La ragione principale per cui molti storici ritengono improbabile che la Relatività Generale sarebbe emersa così rapidamente senza Einstein risiede nel radicalismo concettuale delle sue ipotesi. La teoria non nacque da un graduale accumulo di dati sperimentali, ma da una straordinaria combinazione di intuizione fisica, immaginazione geometrica e audacia intellettuale. L’idea centrale, che un osservatore in caduta libera non percepisca la gravità, ebbe origine da un semplice esperimento mentale. E richiese una serie di audaci salti concettuali: postulare il principio di equivalenza come suo fondamento; generalizzare il principio di relatività a tutti i sistemi di riferimento, accelerati o meno; reimmaginare la gravità non come una forza agente nello spazio, ma come la curvatura dello spaziotempo stesso. Inoltre, il concetto di spaziotempo curvo rese necessaria la ricerca di una branca della matematica – la geometria riemanniana – praticamente sconosciuta ai fisici del suo tempo. E richiese il passaggio dalle equazioni relativamente semplici dello spazio piatto a un sistema tensoriale straordinariamente complesso, capace di descrivere la curvatura dello spaziotempo in tutte le direzioni.

Decenni dopo, questa singolarità intellettuale continua ad essere riconosciuta. John Wheeler, nella memoria biografica che scrisse per l’Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti nel 1979, lasciò questo messaggio: “Se altri hanno potuto darci la relatività speciale, chi altri se non Einstein avrebbe potuto darci la relatività generale?” ^[7]

Ricercatori più recenti, come Darren Dougan dell’Università del Nuovo Galles del Sud e l’astrofisico John K. Webb dell’Università di Cambridge, hanno espresso un’idea simile: “La relatività generale è stata un progresso così gigantesco che si può sostenere che, se non fosse stato per la formulazione di Einstein, sarebbe potuta rimanere sconosciuta per molto tempo.” ^[8]

Un mondo senza la relatività generale

Come afferma il fisico Hanoch Gutfreund, “la teoria generale della relatività è il fondamento di tutto ciò che sappiamo sull’universo” ^[9] . Senza di essa, la nostra comprensione del cosmo sarebbe una struttura frammentata costellata di anomalie inspiegabili. La cosmologia moderna, così come la conosciamo, semplicemente non esisterebbe: l’espansione dell’universo e la teoria del Big Bang derivano dalle equazioni di Friedmann-Lemaître, che sono derivazioni dirette della relatività generale. In un mondo senza Einstein, probabilmente immagineremmo ancora un universo statico o uno governato da una fisica newtoniana modificata.

In ambito tecnologico, l’assenza di questa teoria imporrebbe limitazioni critiche. Il sistema GPS, essenziale per la navigazione e le telecomunicazioni globali, risulterebbe praticamente inutilizzabile. Poiché i satelliti orbitano in un campo gravitazionale più debole, i loro orologi funzionano a una velocità diversa da quella terrestre; senza le correzioni relative, gli errori di posizionamento si accumulerebbero al ritmo di chilometri al giorno.

L’umanità avrebbe potuto raggiungere la Luna utilizzando le approssimazioni newtoniane, ma molti aspetti fondamentali dell’esplorazione spaziale moderna sarebbero oggi incomprensibili. Le traiettorie delle sonde interplanetarie accumulerebbero errori sistematici e le manovre di assistenza gravitazionale, essenziali per esplorare il sistema solare esterno, sarebbero molto meno affidabili.

Al di là della tecnologia, la perdita più grande sarebbe intellettuale: vivremmo in un universo di forze che agiscono misteriosamente a distanza, ignorando che spazio e tempo formano una rete dinamica e flessibile. L’universo sarebbe statico, un palcoscenico eterno e indifferente, cieco ai buchi neri e alle onde gravitazionali.

La figura di Einstein ci affascina perché incarna una tensione profondamente umana: l’ardente desiderio di comprendere di fronte all’angoscia di un cosmo che sembrava privo di significato. Il suo più grande dono all’umanità non furono solo le sue equazioni, ma anche il coraggio di affrontare i propri dubbi per decifrare la trama dell’invisibile. Come i navigatori di Weir, avremmo potuto attraversare il vuoto con gli strumenti della fisica classica, ma saremmo rimasti ignari della vera natura del nostro viaggio. L’opera di Einstein è stata la testimonianza di una mente che si è rifiutata di accettare il silenzio come risposta, costringendo lo spazio e il tempo a rivelare infine il loro segreto più profondo.

Manuel Ribes  . Istituto di Scienze della Vita. Osservatorio di Bioetica. Università Cattolica di Valencia.

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[1]   Tau Ceti è una  stella  nella  costellazione della  Balena,  simile al  Sole  per  massa  e  tipo spettrale . A poco meno di dodici  anni luce  dal  sistema solare , è una stella relativamente vicina. La scelta di Tau Ceti come ambientazione ricorrente nella fantascienza (da Isaac Asimov a Dan Simmons) non è casuale. Deriva da una combinazione unica di vicinanza, somiglianza al nostro Sole e dal fatto che nel 1960 Frank Drake la scelse per cercare segnali radio alieni per la prima volta nella storia.

[2]   L’anno miracoloso di Einstein in cui scrisse 5 studi scientifici che rivoluzionarono la fisica   BBC News Mundo 16 marzo 2025

[3]   James Overduin  Einstein’s Spacetime  Gravity Probe B Stanford.edu Novembre 2007 https://einstein.stanford.edu/SPACETIME/spacetime2.html

[4]   John Archibald Wheeler   Albert Einstein Biographical Memoir  National Academy of Sciences. 1980

[5]    Peter Symonds  Cento anni dall’annus mirabilis di Albert Einstein  Sito web socialista mondiale 13 luglio 2005

“Inoltre, fu imposta un’ulteriore condizione: che il vincitore si astenesse dal menzionare la sua teoria della relatività nel discorso di accettazione del Premio Nobel. Se non fosse stato per il Re di Svezia, presente tra il pubblico e desideroso di conoscere la teoria, Einstein sarebbe stato costretto a tacere sulla sua più famosa e significativa conquista.”

[6]   Marco Mamone Capria   Fisica prima e dopo Einstein  IOS Press 2005 ISBN 1-58603-462-6

[7]  John Archibald Wheeler   Albert Einstein Biographical Memoir  National Academy of Sciences. 1980

[8]   Darren Dougan e John K. Webb Senza  Einstein ci sarebbero voluti decenni in più per capire la gravità   Sala stampa UNSW Sydney 23 novembre 2015

[9]   Centenario dell’Università Ebraica di Alex Winston  : l’eredità di Einstein e il custode di un’icona scientifica   Gli Amici Canadesi dell’Università Ebraica 2 aprile 2025