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Giocattoli relativistici

Il fisico teorico, diventato storico in tarda età, Abraham Pais, ha ricostruito in termini vivaci l’ascesa di Einstein allo stato di celebrità mondiale nel 1919. Quando una raffinata osservazione astrofisica, diretta da Arthur Eddington, confermò una delle previsioni della relatività generale, rivelando la deflessione dei raggi luminosi, provenienti da una stella, quando passano in vicinanza del sole. L’effetto è dovuto alla grande massa del sole stesso, che ‘incurva’ lo spazio-tempo nelle vicinanze dell’astro, e fa deviare la luce dal suo percorso rettilineo. Si trattò di uno dei risultati più spettacolari della scienza del secolo scorso.

Analogue of light deflection in a gravitational field and microstructured optical waveguide.

 

 

 

 

 

 

 

Ancora prima, nell’ottocento, Michael Faraday aveva tentato di ottenere un risultato simile in laboratorio. Come noto, Faraday sperimentò abbondantemente sui fenomeni alla base dell’unificazione fra elettricità, magnetismo e ottica, poi sistemati teoricamente da Maxwell. Ma si cimentò anche in un tentativo ancora più ambizioso, volto a trovare un legame fra gravità ed elettromagnetismo, con un esperimento in laboratorio. Ma il raggio, passato radente a una massiccia sfera, non mostrò di aver subito nessuna deviazione. Il che procurò a Faraday qualche sfottò da parte di alcuni suoi contemporanei scettici. Ma la sua intuizione si rivelò valida alcuni decenni dopo, quando venne osservata la deviazione dei raggi luminosi, che passano radenti alla massa del sole, infinitamente superiore alla massa della sfera usata da Faraday in laboratorio.

Ora esperti cinesi sono riusciti a provocare la deviazione di un fascio di raggi, grazie a un ‘giocattolo’, basato su una tecnologia che ai tempi di Faraday era impensabile. Come una guida d’onda ‘microstrutturata’, disposta attorno a una microsfera. La luce viene deviata quando subisce una rifrazione, passando da un mezzo materiale a un altro, con indice di rifrazione differente, come dall’aria all’acqua. E materiali diversi, opportunamente disposti, sono in grado di ‘piegare’ la luce in modo continuo. Grazie a materiali ottici ‘artificiali’,  gli esperti cinesi sono riusciti a ‘mimare’  uno spazio-tempo ‘incurvato’ dalla gravità, come  lo spazio-tempo incurvato dalla massa del sole, di un astro ancora più massiccio, e di un buco nero.. E a riprodurre le connesse deviazioni della luce, su un tavolo di laboratorio.

Lanfranco Belloni

Per saperne di più: Articolo su Nature Photonics

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11 ottobre 2013
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