La scoperta delle onde gravitazionali!

Una scoperta epocale, che ha contagiato di entusiasmo anche i miei piccoli alunni di classe quarta:

"Il 12 febbraio tutti i telegiornali, le radio e i quotidiani parlavano di una notizia sensazionale: giovedì 11 febbraio gli scienziati avevano comunicato ufficialmente al mondo di avere scoperto le onde gravitazionali!!!

Alcuni di noi hanno sentito la notizia e la mattina seguente sono corsi dalla maestra Cristina ad informarla del grande evento!

 

Nessuno di noi aveva però capito esattamente cosa fossero queste onde gravitazionali, così, durante la lezione di scienze della scorsa settimana, la maestra Cristina ci ha aiutato a capire qualcosa in più sulla notizia, anche attraverso un curioso esperimento.

 

La maestra prima di tutto ci ha spiegato che circa cent'anni fa viveva uno scienziato di nome Albert Einstein. 
Tutti noi avevamo già sentito parlare di questo famosissimo scienziato: Jacopo lo aveva sulla copertina del quaderno di scienze e Alice lo ha trovato sul suo libro.

Albert Einstein da bambino non era molto bravo a scuola, ma da grande diventò comunque un grande scienziato che si occupava di fisica e di astronomia.

Einstein aveva elaborato la teoria della Relatività, nella quale ipotizzava la presenza delle onde gravitazionali. Ma fino ad oggi nessuno aveva mai individuato un'onda gravitazionale, per cui la sua teoria era senza delle prove.

Leonardo ha detto che quella di Einstein era come una "congettura", perché nessuno la aveva ancora dimostrata!

 

 

Lo scorso ottobre, però, gli scienziati che lavoravano all'esperimento chiamato LIGO (che significa "Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory" = L'osservatorio delle onde gravitazionali attraverso l'interferometro laser, cioè uno strumento che capta le interferenze nelle onde) sono riusciti a captare un'onda gravitazionale, generata dallo scontro tra due buchi neri avvenuto più di un miliardo di anni fa!

La Teoria della Relatività di Einstein è quindi stata dimostrata grazie a questo esperimento! E' per questo motivo che questa notizia è davvero molto importante per la scienza!

 

 

Per capire qualcosa in più, la maestra Cristina ci ha fatto fare un esperimento. Ci ha spiegato con parole semplici che, come dice la teoria di Einstein, l'universo ha una struttura quadridimensionale. Noi viviamo in un ambiente a tre dimensioni: altezza, lunghezza, larghezza. A queste tre dimensioni dobbiamo aggiungere la dimensione del tempo. Infatti noi, oltre che in uno spazio, viviamo anche in un tempo ben preciso che scorre, ci fa crescere e ci modifica piano piano. Queste quattro dimensioni formano quello che Einstein chiamava "spaziotempo", cioè l'insieme delle tre dimensioni spaziali più il tempo.

 

Per cercare di capire in modo semplice questo concetto, possiamo immaginare lo spaziotempo come un telo sospeso.

La maestra ha tirato fuori un telo bianco e ci ha fatti disporre tutti intorno, per tenerlo sollevato.

 

 

A un certo punto, ha messo sul telo una palla, che rappresentava, ad esempio, una stella. La palla, appoggiandosi, ha creato sul telo una specie di fossa, un buco, cioè ha deformato leggermente il telo intorno ad essa.

Ecco, le stelle e tutti gli oggetti presenti nell'universo deformano lo spaziotempo attorno a loro, proprio come succede al telo con la palla! Ecco che cosa intendeva Einstein!

 

Ma allora come si muovono gli oggetti nell'universo?

La maestra ha preso la biglia di Sara e l'ha appoggiata sul telo. Anch'essa produceva una mini-fossa, anche se molto più piccola di quella della palla.

Una volta appoggiata nei pressi della palla, la biglia ha iniziato a rotolare, prima piano poi sempre più velocemente, verso la palla più grande, fino a scontrarsi con essa! Abbiamo notato però che la biglia non cadeva in linea retta verso la palla, ma faceva leggera rotazione intorno ad essa, prima di finirci addosso!

Ecco, la biglia era, ad esempio, un pianeta o un meteorite, o in generale un oggetto più piccolo della stella-palla. Esso cadeva verso la stella perché lo spazio-tempo si piegava e creava una "discesa" che lo "attraeva". Questa curvatura dello spaziotempo che fa cadere gli oggetti più piccoli verso quelli più grandi compiendo prima dei giri attorno ad essi, viene chiamata gravità!

 

 

 

La maestra ha anche provato a lanciare la biglia di Sara verso la palla, imprimendogli un po' di forza. La biglia in questo modo girava un po' più a lungo intorno alla palla, ma poi ci finiva comunque contro.

La biglia poteva rappresentare la Terra e la palla il Sole: ecco come fa il nostro pianeta a ruotare attorno a questa stella!

 

 

Ecco un'animazione di quello che succedeva alla biglia quando si trovava sul telo vicino alla palla. Si muoveva ruotando attorno alla palla e seguendo una traiettoria "a spirale".

 

 

La maestra ha poi provato a mettere sul telo due palline che avevano più o meno la stessa dimensione e lo stesso peso. Essendo simili, appena è stata appoggiata la seconda pallina, entrambe le palline hanno cominciato a ruotare l'una attorno all'altra, prima piano e poi sempre più velocemente man mano si avvicinavano, per poi scontrarsi con un bel tonfo!

Se due stelle si trovano molto vicine tra loro, iniziano a roteare velocissimamente l'una attorno all'altra, perché hanno grandezze e "pesi" simili e quindi anche "fosse" simili attorno a loro, fino ad arrivare a scontrarsi.

 

Ecco il "solco" formato dalle stelle nello spaziotempo visto da sotto il telo: una bella deformazione!

 

Poi abbiamo provato a simulare un buco nero. La maestra ci ha detto che un buco nero è una stella che è morta ed è collassata su sé stessa, diventando "pesantissima" e facendo cadere tutto ciò che ha attorno su di lei. E' così "pesante" e potente nell'attrarre oggetti, che non riesce nemmeno a far uscire la luce! Per questo si chiama "buco nero".

La maestra ci ha spiegato che il buco nero è talmente potente che piega tantissimo lo spaziotempo, creando addirittura uno squarcio.

Non avevamo nulla di adatto per rappresentare il buco nero, cioè niente di abbastanza grande o pesante. Così abbiamo messo Jacopo sotto al telo e glielo abbiamo fatto tirare fortissimo in un punto, come a volerlo rompere. La biglia di Sara è caduta velocissimamente nel buco nero, senza avere scampo!

 

 

Ma allora? Che cosa sono quindi le onde gravitazionali?

La maestra ci ha detto che l'onda gravitazionale captata dagli scienziati derivava dallo scontro di due buchi neri. Ecco, immaginiamo due buchi neri che "cadono" l'uno sull'altro, iniziano ad avvicinarsi e a ruotare velocissimamente uno intorno all'altro. Poi arrivano ad essere così vicini che...si scontrano e si fondono, cioè diventano un unico buco nero ancora più grande e potente! In questo colossale scontro, viene prodotta una quantità enorme di energia, come una grande esplosione!

 

Siccome non potevamo far esplodere le palline, la maestra ha simulato l'energia prodotta dallo scontro dei buchi neri lanciando una palla da calcio  o una pallina da tennis sul telo. La palla, cadendo velocemente sul telo e rimbalzando, produceva delle onde, cioè il telo si alzava e si abbassava velocemente attorno ad essa.

E queste onde iniziavano a prodursi dov'era caduta la palla, ma andavano a finire man mano in tutti i punti del telo.

 

 

Abbiamo provato più volte, facendo cadere la palla in punti diversi del telo e abbiamo scoperto che:

• le onde prodotte dalla palla si spostavano in ogni direzione;
• le onde si formavano prima vicino alla palla, poi sempre più lontano e arrivavano con un leggero ritardo nei punti più lontani del telo;
• le onde prodotte vicino alla palla erano molto forti e intense, quelle invece che arrivavano più lontano erano più deboli: man mano che si spostavano le onde si indebolivano sempre più, ma un pochino si sentivano comunque.

Da queste osservazioni, abbiamo capito che cos'erano le onde gravitazionali e come è stato possibile captarle dalla Terra. Le onde gravitazionali sono delle vibrazioni che vengono prodotte nello spaziotempo e si diffondono da tutte le parti dell'universo, sempre con intensità minore. Le onde captate lo scorso settembre dagli scienziati del LIGO sono arrivate dopo più di un miliardo di anni molto deboli alla Terra, ma comunque abbastanza intense da essere "osservate" attraverso lo strumento a laser che era stato costruito. Erano state prodotte durante lo scontro di due buchi neri.

 

 

E' chiaro che il "telo" dell'universo è invisibile, cioè è una semplificazione, per farci capire in modo chiaro che cosa succede nell'universo. Quando saremo grandi e avremo gli strumenti per capire meglio le scienze, studieremo la teoria di Einstein in maniera più precisa e capiremo che questo modello di universo è solo un esempio per rendere più semplice e immediata la sua comprensione!

 

 

La maestra, per farci capire meglio, ci ha anche letto un bellissimo articolo scritto da una scienziata di nome Monica Marelli, che si occupa di fisica e scrive molti bei libri. L'articolo che ci ha letto la maestra si può trovare a questo link. E' una spiegazione scritta con parole molto semplici, che abbiamo capito subito.

Monica Marelli spiega che lo spaziotempo è come un materasso su cui si siede un ippopotamo! E' divertente immaginarlo così!

Abbiamo anche scritto tante domande che vorremmo fare a Monica Marelli. La maestra Cristina ci ha detto che le scriverà un'email! Speriamo che ci risponda presto!!!

 

 

Per concludere il lavoro, la maestra ci ha proposto di provare a spiegare con le nostre parole quello che avevamo capito sulla scoperta delle onde gravitazionali. Per aiutarci e mettere insieme le idee, abbiamo lavorato a piccoli gruppi. Ecco alcune nostre spiegazioni.

 

Sharis, Carolina, Dea e Alessandra scrivono:

"Lo spaziotempo è lo spazio in cui si trovano stelle, pianeti e buchi neri. Monica Marelli lo ha rappresentato con un ippopotamo su un letto che formava un grande solco.

Quando c'è qualcosa nell'universo si forma una specie di solco. Se c'è una stella si forma un solco più grande, se c'è un pianeta più piccolo. Se c'è un buco nero si squarcia l'universo!

Gli oggetti nell'universo se si trovano vicini, prima di scontrarsi fanno dei giri.

Il buco nero è una stella che è morta.

Le onde gravitazionali sono delle onde che si formano ad esempio se una stella muore. Sono arrivate alla Terra a settembre, dopo tanto tempo."

 

Antea e Alice scrivono:

"Un buco nero è come un letto con un grande elefante. Se l'elefante si mette sopra al letto, lo sfonda! Come Jacopo quando tirava forte il telo bianco da sotto e lo rompeva.

Se la maestra faceva cadere la palla dalla parte in cui c'era la Sharis, la Dea e l'Alice, le onde lì arrivavano subito. Se lo tirava dall'altra parte le onde arrivavano dopo e più piano.

Tutto l'universo produce delle onde. Anche se le cose più piccole producono delle onde piccolissime."

 

Sara, Amira, Beatrice e Mattia scrivono:

"Gli scienziati di recente hanno scoperto che due buchi neri si sono scontrati e hanno formato un'esplosione che ha creato delle onde, che gli scienziati hanno captato con i laser.

Einstein erra uno scienziato molto famoso: cent'anni fa ha ipotizzato che gli oggetti dell'universo deformano lo spaziotempo. Aveva ragione!

Lo spaziotempo è come un telo che se gli metti sopra qualcosa si deforma.

Se tu butti su un telo qualcosa, il telo si deforma e forma delle onde. La stessa cosa succede allo spaziotempo.

Se nell'universo ci sono due stelle vicine, si girano attorno velocemente e dopo si incontrano.

Un buco nero è un "buco" che risucchia le stelle, i pianeti, la luce, ... e non lascia scappare più niente. Ogni volta che risucchia una cosa diventa sempre più potente.

Anche noi produciamo delle onde gravitazionali (tutto forma delle onde gravitazionali!) anche se più piccole, perché anche noi ci muoviamo e deformiamo di pochissimo lo spaziotempo!"

 

 

Arianna e Michelle scrivono:

"Einstein era uno scienziato che aveva ipotizzato che esistessero le onde gravitazionali.

Se ci sono una stella e un pianeta succede che la prima è ferma e il secondo gli gira intorno.

Il buco nero è come un vortice che risucchia ogni cosa. Però gli scienziati non hanno ancora capito dove vanno a finire le cose risucchiate."

 

 

Leonardo e Marco scrivono:

"Gli scienziati hanno scoperto che la congettura di Einstein è vera!

Se nell'universo c'è un pianeta, lo spaziotempo si deforma lievemente. Se c'è una stella si deforma di più, ma se c'è un buco nero lo spaziotempo si squarcia.

Le onde gravitazionali sono onde prodotte da un buco nero o da una stella che muovendosi deformano lo spaziotempo. Le onde gravitazionali che hanno captato il settembre scorso venivano da un buco nero e sono arrivate da noi dopo un miliardo e trecento milioni di anni!

Tutto produce onde gravitazionali, perché tutto deforma lo spaziotempo."

 

Jacopo, Karim, Ludovico e Matteo scrivono:

"Einstein era uno scienziato che studiava fisica e aveva ipotizzato la relatività dell'universo.

Lo spaziotempo è la forma quadridimensionale dell'universo, cioè l'insieme di: altezza, profondità, lunghezza e tempo.

L'universo assomiglia a un telo (spaziotempo). Quando il telo è teso e ci butti sopra una palla si creano delle onde.

Nell'universo ci sono satelliti, pianeti, satelliti artificiali, supernove, stelle giganti, galassie, stelle più piccole e buchi neri. Lo spaziotempo, quando c'è qualcosa come stelle o pianeti, si deforma. Invece, con un buco nero si lacera.

Gli oggetti nell'universo se si trovano vicini si muovono ruotando uno intorno all'altro.

Un buco nero è uno squarcio nello spaziotempo che fa cadere su di lui tutto quello che gli è attorno. Ma non si sa dove vanno a finire le cose che gli cadono dentro.

Quando due buchi neri si risucchiano a vicenda e si scontrano, si forma tantissima energia, come un'esplosione molto potente, che manda delle onde fino ai bordi dell'universo (sempre che ci siano! Forse l'universo è infinito!)."

  

 

Infine, abbiamo provato ad ipotizzare a cosa potrà servire in futuro questa scoperta. Abbiamo provato ad immaginare quali cambiamenti o novità potrà portare la scoperta delle onde gravitazionali al mondo e alla scienza. Alcuni di noi hanno fatto queste ipotesi:

 

"Questa scoperta potrà servire per capire meglio come si è formato l'universo e la Terra" (Carolina, Sharis, Dea e Alessandra)

 

"Forse in futuro si potrà andare nello spazio più facilmente e più lontano" (Alice e Antea)

 

"Aiuterà a capire cose nuove agli scienziati e forse che cosa c'è in un buco nero" (Arianna e Michelle)

 

"Forse in futuro si potrà viaggiare nel tempo" (Leonardo)

 

"Questa scoperta servirà a migliorare ed arricchire la scienza. In generale bisognerà cambiare quello che c'è scritto nei libri! Questa scoperta ha reso corretta la teoria della relatività di Einstein. Magari si troveranno le prove per altre teorie che diventeranno verità" (Jacopo, Karim, Ludovico e Matteo).

 

 

Speriamo che qualcuna delle nostre ipotesi si avveri! :-)"