Misure di onde gravitazionali
Se le onde gravitazionali sono delle deformazioni del tessuto stesso dello spaziotempo, un qualunque strumento che cercasse di individuarle sarebbe deformato anch'esso. Per esempio, se suppongo di avere un reticolo cristallino e vi facessi passare un'onda gravitazionale, le distanze tra gli atomi cambierebbero al passaggio dell'onda. Ma dovrebbero esserne influenzate anche tutte le informazioni che posso ottenere dal cristallo sottoforma di emissioni di vario tipo. E ne sarebbe influenzato contemporaneamente anche lo strumento per l'analisi del campione. Come è possibile quindi, in teoria, "vedere" le onde gravitazionali?
8 marzo 2004
Partiamo da alcune considerazioni elementari. Le leggi della fisica presuppongono che le grandezze su cui si opera siano misurabili. Nel caso dello spazio assumiamo che sia sempre possibile mettere a confronto una regione con un metro campione. Quest'ultimo esiste in quanto noi possiamo ritagliare dallo spazio infinito che ci circonda una sottoparte finita. Implicito è il fatto che il metro non subisca alcuna influenza da parte dello spazio che va a misurare.
Ci sono situazioni in cui ciò non può essere garantito, nel qual caso dobbiamo ricorrere a un altro tipo di metro. Nell'ipotesi dannata che non riuscissimo a trovare alcun valido sostituto dovremmo abbandonare l'idea stessa di effettuare la misura in oggetto e, per coerenza, dovremmo rinunciare alla stessa legge che stiamo tentando di verificare. Spesso basta immaginare la misura affidandosi a un gedanken experiment (cioè, un esperimento ideale, come quelli celebri usati da Einstein per introdurre la relatività). Questo paradigma si ripete per tutte le altre misure e leggi a esse connesse.
Dopo queste premesse entriamo nello specifico del quesito posto: esiste un metro capace di evidenziare la presenza di un'onda gravitazionale GV in una certa regione dello spazio tempo? Il metro in questo caso si realizza sotto forma di un'onda elettromagnetica OEM che viene inizialmente divisa in due fasci A e B, che viaggiano rispettivamente A nella regione in cui è presente la GV e B al di fuori di essa. A conclusione di questi due diversi attraversamenti A e B vengono confrontati tra loro facendoli interferire e dalla forma della figura di interferenza si risale alla storia di A. Implicita in questa conclusione è che A sia rimasto sostanzialmente (in senso metafisico) quello di partenza e che le differenze riscontrate con B siano il marchio lasciato dalla GV.
La teoria che sta dietro queste misure si adatta perfettamente a questo stato di cose: infatti la relatività si occupa proprio di mettere a confronto grandezze misurate in regioni libere (spazio piatto) o influenzate dalle GV, ergo è in grado di mettere in relazione i dati della misura di interferenza con ampiezza, frequenza, direzione ecc. della GV.
Ricapitolando e semplificando, per rivelare le caratteristiche di una GV dobbiamo:
(a) generare un'onda elettromagnetica OEM;
(b) dividerla in A e B;
(c) far passare l'OEM A attraverso la GV;
(d) estrarre l'OEM A dalla regione della GV;
(f) fare interferire A con B.
Il "baco" della domanda sta nel riferirsi a una misura da compiere restando dentro alla GV. È essenziale che l'OEM entri ed esca dalla GV. Per completezza dovremmo interrogarci sulle modifiche subite da A al momento di entrare e di uscire dalla GV. Con buona approssimazione possiamo pensare che questi due fenomenti pesino poco se la regione attraversata da A nella GV è sufficientemente grande.
Salvatore Solimeno
Centro di Ricerca & Sviluppo Coherentia, INFM, Napoli
