Secoli dopo, la costante gravitazionale di Newton non può ancora essere definita

Big G, conosciuto formalmente come costante gravitazionale di Newton, descrive la forza di gravità. Ma il suo valore preciso rimane un mistero.

Neil Webb

Di James R. Riordon

20 luglio 2023 alle 8:00

C'era un segreto all'interno della busta nelle mani di Stephan Schlamminger, uno dei massimi esperti mondiali in prove sperimentali di gravità. Sembrava sul punto di aprire la busta durante una presentazione al meeting dell’American Physical Society dell’aprile 2022, per leggere un numero che avrebbe rivelato se i suoi ultimi sforzi in una passione che dura da una vita fossero stati un successo.

Schlamminger, del National Institute of Standards and Technology di Gaithersburg, nel Maryland, ha cercato di misurare la costante gravitazionale di Newton. Il numero segreto nella busta era una sorta di codice: un errore intenzionale e specifico inserito nel suo esperimento NIST per oscurare la misurazione mentre procedeva. Solo una persona conosceva il numero. E quella persona non era Schlamminger.

Senza accedervi, non poteva sapere cosa avesse scoperto l'esperimento. Schlamminger si era imposto il segreto per proteggersi dai pregiudizi nell'esperimento, compresi i pregiudizi inconsci che possono affliggere anche i migliori sperimentali. Si è trattato di una precauzione extra per garantire l'integrità di un esperimento che potrebbe aiutare a districare le misteriose discrepanze nelle misurazioni della costante, nota come G, che si sono insinuate negli ultimi decenni.

G, spesso chiamato “grande G” (per distinguerlo da “g”, che dipende da G ed è il caso speciale dell’accelerazione di gravità vicino alla superficie della Terra), riflette la forza di gravità tra qualsiasi cosa dotata di massa. Determina le orbite dei pianeti e delle galassie e descrive la forza che ti spinge a terra. Nessuno sa come prevedere dalla teoria quale dovrebbe essere il valore effettivo di G, afferma Clive Speake, un fisico dell'Università di Birmingham in Inghilterra che ha sviluppato lo strumento che Schlamminger sta utilizzando al NIST.

È anche molto difficile da misurare. Dopo due secoli di miglioramento della precisione, le recenti misurazioni di G sono preoccupanti. Una manciata di laboratori in tutto il mondo hanno scoperto valori in disaccordo (SN Online: 30/4/15). I valori sparsi potrebbero essere un segno di problemi con le tecniche di misurazione tra i vari gruppi, oppure potrebbe esserci un aspetto più intrigante.

"C'è questo elefante inquietante nella stanza che suggerisce che forse sta succedendo qualcosa che non capiamo", dice Speake. “Se le misurazioni sono corrette, allora potrebbe essere la più grande scoperta dai tempi di Newton”.

Come tante presentazioni scientifiche ai tempi del COVID-19, la rivelazione di Schlamminger doveva essere virtuale. Presumibilmente altri fisici e reporter scientifici in tutto il mondo erano, come me, chini sugli schermi in attesa di vedere cosa ci avrebbe detto il numero segreto su G.

Era giunto il momento di aprire la busta. Ma la trasmissione video si è interrotta. La grande rivelazione era stata cancellata. Le discrepanze sconcertanti nelle misurazioni significavano che non ci si poteva fidare dei numeri. La busta sarebbe rimasta sigillata per almeno un altro anno mentre Schlamminger sarebbe tornato in laboratorio per fare un altro tentativo in una delle misurazioni più impegnative della fisica.

La costante gravitazionale di Newton è un termine improprio. Sebbene Isaac Newton abbia sviluppato la sua teoria della gravità nel XVII secolo, non pensava in termini di G. Era interessato principalmente al modo in cui la forza muoveva gli oggetti. Mele che cadono, pianeti in orbita e la forma sorprendentemente schiacciata della Terra sono solo alcuni degli innumerevoli fenomeni che la teoria di Newton spiegava, il tutto senza menzionare esplicitamente G. La costante, che prese il nome da Newton due secoli dopo, fu invece racchiusa nelle masse coinvolte .

Ora sappiamo che la teoria di Newton è solo un'approssimazione della versione più ampia della gravità di Einstein, la teoria generale della relatività. Ci è voluta la teoria di Einstein per spiegare l'intensa gravità dei buchi neri e la deformazione dello spazio e del tempo. Eppure, qui sulla Terra, è la teoria della gravità di Newton che preoccupa Schlamminger e altri che vogliono misurare G.