Molte onde dell'esperienza quotidiana sono dovute al movimento di particelle. Il suono, per esempio, è dovuto a onde di pressione nel mezzo in cui si propaga: nell'aria, le particelle dei vari gas che la costituiscono si ammassano o si diradano in maniera periodica.

Per via di questa analogia, sembrava naturale ai fisici di un tempo che anche le onde elettromagnetiche dovessero propagarsi in un mezzo. Questa ipotetica sostanza era chiamata etere.

Come Lei ricorda, l'etere è incompatibile con le leggi della relatività ristretta, perché introdurrebbe un sistema di riferimento privilegiato: quello in cui questa sostanza è ferma.

È vero però che, nella teoria della relatività generale, lo spazio non è più semplice spettatore della dinamica, come nella meccanica newtowniana. Si può curvare, e questa curvatura si può anche propagare come un'onda.

Ma è la gravità a propagarsi in queste onde, e non il campo elettromagnetico. Al contrario delle comuni onde elettromagnetiche, non possono essere rilevate da una comune antenna, e a dire il vero non sono mai ancora state rilevate direttamente in alcun modo, anche se molti scienziati credono che lo saranno in un futuro non lontano. Ecco quindi una prima differenza tra il concetto di spazio in relatività e la vecchia idea di etere.

C'è però una differenza più profonda. Ricordiamo che il protagonista della relatività generale non è esattamente lo spazio, ma un'entità a quattro dimensioni che lo mischia al tempo, detta spaziotempo; un sistema di riferimento è un modo di dividerlo in spazio e tempo. Definire un concetto di tempo su questo spaziotempo a quattro dimensioni è un po' come immaginare di "affettarlo" in fettine a tre dimensioni; a ogni secondo che passa, se ne taglia una fetta, che rappresenta lo spazio in quell'istante. Per lo stesso spaziotempo, esistono molti modi di affettare lo stesso spaziotempo, e quindi molti modi di definire spazio e tempo; in altre parole, diversi sistemi di riferimento. Ma lo spaziotempo rimane lo stesso.

Lo spaziotempo, quindi, che è il "mezzo" in cui si propagano le onde di gravità, non seleziona un sistema di riferimento preferenziale. Questa è un'altra differenza importante con l'idea di etere.

La questione di cosa sia davvero lo spaziotempo non si esaurisce però con queste considerazioni. La domanda non è solo filosofica: è particolarmente importante per una delle questioni irrisolte della fisica contemporanea, la cosiddetta quantizzazione della gravità. Si tratta di descrivere le leggi che regolano la curvatura dello spaziotempo in accordo con i principi della meccanica quantistica, che regolano tutte le altre interazioni fondamentali. Questa impresa è resa più difficile dal ruolo ambiguo dello spaziotempo: da un lato, "contenitore" di tutte le particelle; dall'altro, partecipe esso stesso della dinamica. Per una breve discussione delle teorie proposte per la quantizzazione della gravità (tra cui la teoria delle stringhe e la gravità quantistica ad anelli) si veda la precedente "Domanda a Ulisse": " La relatività e le superstringhe".