Teoria della relatività/La relatività generale/La rotazione della Terra
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IX
LA ROTAZIONE DELLA TERRA
Nella maggior parte dei casi i movimenti della terra, sia la traslazione che la rotazione, possono essere considerati come rettilinei ed uniformi, la loro curvatura è tanto debole da essere impercettibile per i brevi percorsi. Questa è la ragione per la quale nella vita quotidiana non la notiamo; Galileo l’aveva già dimostrata, come abbiamo visto a pag. 15.
Tuttavia vi sono dei fenomeni molto importanti che non si possono spiegare altro che con la differenza tra il movimento reale della terra e il movimento rettilineo; vengono riuniti sotto il nome di forza centrifuga. Ciascuno di noi ha visto le briciole di fango, aderenti ad una ruota in movimento, distaccarsi da essa ed essere lanciate all’infuori; noi tutti abbiamo sentito la trazione esercitata sulla mano da un oggetto che si fa girare rapidamente. Tutti i corpi sulla terra sono soggetti alle stesse azioni. In realtà il peso impedisce ch’essi siano lanciati via, ma esso diminuisce, secondo le regioni, di una quantità variabile, massima all’equatore, dove la velocità dovuta alla rotazione è massima, nulla ai poli dove questa velocità è nulla. Si dimostra facilmente questa variazione del peso sulla superficie terrestre, variazione la cui causa principale, tra parecchie altre, è quella che noi abbiamo or ora indicato: per esempio all’equatore la marcia degli orologi a bilanciere è lentissima, mentre gli orologi a molla non presentano questo fenomeno.
Si è già parlato della deviazione di un movimento che si effettui su di un percorso sufficientemente lungo e diretto da nord a sud o da sud a nord: ma l’effetto più potente della rotazione della terra è il suo schiacciamento. La superficie del nostro pianeta è in gran parte ricoperta di acqua, la quale non resiste all’azione della forza centrifuga per la sua debole coesione; quest’acqua s’accumula all’equatore e diminuisce ai poli. Se fosse possibile di fermare la nostra rotazione enormi masse d’acqua si precipiterebbero verso i poli e, mentre estese regioni di mari tropicali si prosciugherebbero, le zone polari ed anche una grande parte delle zone temperate sarebbero sommerse. Si è calcolato che di tutte le Alpi sole alcune cime emergerebbero: il monte Bianco, isola elevantesi appena 950 metri, la Jungfrau, piccolo scoglio di 40 metri di altezza: questi sarebbero le vestigia piú settentrionali d’Europa.1
Dunque gli effetti prodotti dalla rotazione della terra non mancano: si tratta solamente di spiegarli. Secondo la vecchia meccanica di Galileo, Newton e Huygens, la quale su questo punto non è stata scossa dalla teoria della relatività particolare, si deve ammettere che questi effetti si riferiscono alla rotazione della terra “in se stessa” cioè senza considerazione di corpi di riferimento: bisogna dunque pensare che essi continuerebbero a sussistere se l’insieme dei corpi celesti sparisse e se la terra restasse sola nelle solitudini dell’universo. A questa idea appunto Einstein si è attaccato: egli si è detto: in seguito a questa sparizione per mantenere la rotazione della terra non è necessario alcun fenomeno o aumento di energia o altro: essa continua tranquillamente a girare nello spazio vuoto, anche piú regolarmente, poiché le perturbazioni molto deboli che genera la luna, per esempio, non si produrebbero piú; una mente relativista si deve quindi domandare in che cosa si differenzia questa rotazione, rispetto allo spazio vuoto, dalla rotazione dello spazio vuoto rispetto al globo e se bisogna attendere da questa rotazione un’azione sul globo stesso.
Per mezzo di queste riflessioni Einstein ne è arrivato a concepire movimento di rotazione, anch’esso come relativo, relativo cioè al sistema delle stelle fisse. Ma siccome, contrariamente ai movimenti rettilinei ed uniformi, la rotazione terrestre produce degli effetti fisici indubitabili, si è condotti a pensare che essi sono esclusivamente prodotti dal movimento relativo della terra: immaginiamo che la terra non giri attorno al suo asse rispetto alle stelle fisse, ma che invece siano queste che girino attorno ad essa, come precisamente pretendeva Tolomeo: dal nostro punto di vista, poiché il movimento relativo non è cambiato, tutti i fenomeni restano gli stessi. Qui bisogna fare un’osservazione. Non si ha evidentemente in questa concezione che una ipotesi puramente fisica e non una interpretazione matematica, filosofica di un fenomeno, come nella teoria della Relatività particolare in opposizione alle idee di Lorentz. È perché la relatività generale è forse piú facile a comprendersi della relatività particolare che l’ha preceduta; essa non si contenta di spiegare, ma porge conclusioni concrete sui processi reali della natura; ne consegue quindi ch’essa deve consentire un controllo sperimentale.
Come sarebbe ciò possibile nel nostro caso? Teoricamente il procedimento piú semplice e piú radicale sarebbe quello di sbarazzarsi del sole, della luna e delle stelle, di metterli da parte; se dopo si facessero sentire sulla terra come prima gli effetti della forza centrifuga, sarebbe la vecchia teoria assolutista che avrebbe ragione: ma se mancassero, sarebbe l’ipotesi relativista che la guadagnerebbe. Infatti non si sarebbero toccati che movimenti relativi e non movimenti assoluti; dato che gli effetti scomparirebbero, la teoria della relatività e l’ipotesi che ne è la base, sarebbero valevoli ed indubbiamente giusti.
Questa esperienza presenterebbe disgraziatamente alcune difficoltà pratiche. Come, nonostante tutto, verificare la nostra teoria? Einstein ha risposto a questa questione. Se il sistema delle stelle fisse, girando attorno alla terra vi sviluppa delle forze centrifughe, deve essere lo stesso per altre masse in rotazione, purché esse siano abbastanza considerevoli. Delle prove di verifica sulle grandi ruote motrici delle nostre macchine a vapore non hanno potuto, per la piccolezza degli effetti, permettere di decidere in un senso o nell’altro.
Newton si era di già posto il problema del significato assoluto o relativo della rotazione ed aveva tentato di rispondere ad esso con l’esperienza. Un recipiente pieno d’acqua era messo in rotazione per mezzo della torsione dei fili di sospensione; in principio, insino a che l’acqua non aveva preso il movimento del vaso, benché essa fosse in rotazione rispetto allo stesso, la sua superficie rimaneva piana; poi essa saliva, come si sa, lungo le pareti; essa era allora in rotazione per l’osservatore, ma in quiete rispetto al vaso. Newton ne aveva dedotto il carattere assoluto del movimento di rotazione; Ernesto Mach ha avuto il merito di dimostrare che il vaso non può essere il corpo di riferimento conveniente e che, in conseguenza, la rotazione del sistema non si fa nello spazio assoluto. In realtà non si sa ancora se non si svilupperebbero delle forze centrifughe se un recipiente dalle pareti di spessore non di pochi millimetri ma di parecchie miglia, o anche l’universo intero, prendessero un movimento di rotazione in rapporto all’acqua.