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L’eclissi che dimostrò la relatività

Cento anni fa l'eclissi di Sole che permise ad Arthur Eddington di fornire la prima verifica sperimentale della relatività generale di Albert Einstein
Una delle 16 foto scattate da Arthur Eddington durante l’eclissi del 29 maggio 1919 – via commons
Il 29 maggio del 1919, esattamente cento anni fa, si verificò una delle eclissi solari più lunghe di tutti i tempi, della durata di 6 minuti e 51 secondi, superata dall’eclissi dell’8 giugno del 1937 (7 minuti e 4 secondi) e da quella del 20 giugno del 1955 (7 minuti e 8 secondi)(1)Ci si attende che tale record possa essere superato dall’eclissi del 25 giugno del 2150. L’importanza di questa eclissi non risiede, però, nella sua lunghezza, ma nelle ricadute che ebbe sulla storia della scienza.
L’astronomo britannico Arthur Eddington aveva, infatti, progettato una doppia spedizione per osservare l’eclissi e verificare una particolare predizione della relatività generale di Albert Einstein: la deflessione della luce accanto a una grande massa. Eddington si era ispirato alla spedizione realizzata dallo U.S. Naval Observatory per l’osservazione dell’eclissi dell’8 giugno del 1918, che aveva tra i suoi componenti l’astronomo Samuel Alfred Mitchell e il fisico e pittore Howard Russell Butler. Quest’ultima, però, non riuscì a misurare la deflessione intorno al Sole a causa del maltempo, e per poco lo stesso Eddington non corse il rischio di tornare a casa senza alcun risultato.
L’astronomo britannico divise l’onere delle misure a due spedizioni: la prima diretta verso l’Isola Príncipe, in Africa Occidentale, guidata dallo stesso Eddington insieme con l’orologiaio Edwin Cottingham; la seconda a Sobral in Brasile guidata da Andrew Crommelin e Charles Davidson. Il tutto supervisionato da Frank Dyson, l’astronomo reale (2)Longair, M. (2015). Bending space–time: a commentary on Dyson, Eddington and Davidson (1920) A determination of the deflection of light by the Sun’s gravitational field’. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 373(2039), 20140287. doi:10.1098/rsta.2014.0287.
Finiti i rilevamenti, Eddington ebbe a disposizione tre serie di misure: due dal telescopio della spedizione di Sobral e una dal telescopio dell’Isola Principe. Entrambe le spedizioni ebbero delle difficoltà.
La spedizione di Crommelin e Davidson aveva a disposizione un telescopio da 16 pollici e uno ausiliario da 4 pollici. Il primo telescopio fornì delle prestazioni di bassa qualità: venne utilizzato con una impostazione da 8 pollici a causa di un astigmatismo delle sue lenti (3)Vedi nota 2, mentre il telescopio ausiliario fornì i risultati migliori.
Arthur Eddington – via commons
La spedizione di Eddington fu, invece, minacciata dal maltempo, che imperversò sull’Isola Principe all’incirca fino a mezzogiorno, quando le nubi si diradarono, permettendo di osservare e fotografare l’eclissi. Il tempo a disposizione di Eddington e Cottingham fu minimo: riuscirono a scattare appena 16 fotografie, di cui soltanto nelle ultime le stelle intorno al Sole erano libere dalle nuvole (4)Dyson, F. W., Eddington, A. S., & Davidson, C. (1920). IX. A determination of the deflection of light by the sun’s gravitational field, from observations made at the total eclipse of May 29, 1919. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character, 220(571-581), 291-333. doi:10.1098/rsta.1920.0009.
L’osservazione dell’eclissi permetteva di misurare la deviazione angolare delle stelle intorno al Sole dovuta alla sua presenza. Tale deviazione era stata calcolata da Einstein in due occasioni: nel 1911 utilizzando considerazioni newtoniane (5)Einstein, A. (1911). Über den Einfluß der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes. Annalen der Physik, 340(10), 898-908. doi:10.1002/andp.19113401005, ottenendo un valore di circa 0.87 secondi d’arco, e nel 1915 utilizzando la teoria della relatività generale che aveva finito di sviluppare (6)Einstein A. (1915) Die Feldgleichung der Gravitation. Sitzungsberichte der Königlich PreußischenAkademie der Wissenschaften (Berlin)II, 844–847., ottenendo un valore di 1.75 secondi d’arco.
Le spedizioni di Eddington, invece, ottennero come valori sperimentali 1.98 secondi d’arco dal telescopio da 4 pollici di Sobral, 1.61 secondi d’arco dalle misure sull’Isola Principe, entrambi in accordo con il risultato di Einstein entro gli errori sperimentali, e un valore di 0.93 secondi d’arco dall’altro telescopio di Sobral (7)Vedi nota 4.
Questi risultati vennero comunicati dallo stesso Eddington durante una conferenza tenutasi presso la Royal Society il 6 novembre del 1919, diventando la prima misura diretta della validità della relatività generale di Einstein, oltre al primo vero utilizzo della lente gravitazionale, come in un certo senso sottolineava lo stesso Eddington prima di ottenere il suo eccezionale risultato:

(…) il campo gravitazionale intorno a una particella si comporta come una lente convergente. (8)Arthur Eddington (1918). Report on the relativity theory of gravitation. London, Fleetway press, Ltd. archive.org

Il risultato era così rilevante che, il giorno dopo, il Times titolò Revolution in Science: New Theory of the Universe: Newton’s Ideas Overthrown. Nell’articolo il giornalista Joseph John Thomson:

Le nostre concezioni riguardo la struttura dell’universo devono essere modificate in maniera fondamentale. (9)Da Arthur e l’eclisse. L’articolo originale del Times è consultabile, previa iscrizione, sul sito ufficiale della testata.

E in effetti così è stato.

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Note   [ + ]

1. Ci si attende che tale record possa essere superato dall’eclissi del 25 giugno del 2150
2. Longair, M. (2015). Bending space–time: a commentary on Dyson, Eddington and Davidson (1920) A determination of the deflection of light by the Sun’s gravitational field’. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 373(2039), 20140287. doi:10.1098/rsta.2014.0287
3. Vedi nota 2
4. Dyson, F. W., Eddington, A. S., & Davidson, C. (1920). IX. A determination of the deflection of light by the sun’s gravitational field, from observations made at the total eclipse of May 29, 1919. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character, 220(571-581), 291-333. doi:10.1098/rsta.1920.0009
5. Einstein, A. (1911). Über den Einfluß der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes. Annalen der Physik, 340(10), 898-908. doi:10.1002/andp.19113401005
6. Einstein A. (1915) Die Feldgleichung der Gravitation. Sitzungsberichte der Königlich PreußischenAkademie der Wissenschaften (Berlin)II, 844–847.
7. Vedi nota 4
8. Arthur Eddington (1918). Report on the relativity theory of gravitation. London, Fleetway press, Ltd. archive.org
9. Da Arthur e l’eclisse. L’articolo originale del Times è consultabile, previa iscrizione, sul sito ufficiale della testata.

Scritto da

Gianluigi Filippelli Gianluigi Filippelli

Ha conseguito laurea e dottorato in fisica presso l’Università della Calabria. Tra i suoi interessi, la divulgazione della scienza (fisica e matematica), attraverso i due blog DropSea (in italiano) e Doc Madhattan (in inglese). Collabora da diversi anni al portale di critica fumettistica Lo Spazio Bianco, dove si occupa, tra gli altri argomenti, di fumetto disneyano, supereroistico e ovviamente scientifico. Last but not least, è wikipediano.

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