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L'intervista completa di Roberta Fulci

Kip Thorne al gran Sasso Science Institute

Kip Thorne al gran Sasso Science Institute

Oggi ha visitato i Laboratori Nazionali del Gran Sasso: che effetto le hanno fatto?

È stata la mia prima visita in assoluto in un laboratorio sotterraneo. E questo del Gran Sasso è anche il primo che sia mai stato costruito. È stato il modello per molti altri laboratori che sono stati costruiti dopo e che tuttora sono costruiti in giro per il mondo. Sono rimasto sorpreso e colpito da quanti diversi progetti di ricerca ospita e ha ospitato... Non mi ero reso conto che ci fosse una tale varietà di cose importanti, tutte che richiedono uno schermo dalle radiazioni cosmiche, cosa che ottieni solo stando parecchio sotto terra. Abbiamo visitato gli esperimenti di materia oscura che cercano di stanare la materia oscura che sappiamo costituisce tra il 20 e il 25% dell’universo, ma non sappiamo cosa sia… magnifici esperimenti! E poi esperimenti di doppio decadimento beta che cercano di capire fisica fondamentale, esperimenti di tutti i tipi! Esperimenti sui neutrini, è un laboratorio davvero meraviglioso e ci si fanno un’incredibile varietà di esperimenti. 

E Virgo, a Cascina, l’ha visto? Com’è? Perché è un po’ diverso dai due interferometri Ligo? 

Certo, ci sono stato diverse volte! Bellissimo. Una collaborazione cruciale per il nostro progetto Ligo. Finché solo Ligo era in funzione, non potevamo vedere con precisione dove fossero le sorgenti di nel cielo. Poi per fortuna Virgo si è aggiunto in tempo per la scoperta della prima collisione tra stelle di neutroni, e avere Virgo e Ligo insieme è stato essenziale per riuscire a localizzare il punto nello spazio. In questo modo l’astronomia elettromagnetica, la radio astronomia, l’astronomia a raggi X, a raggi gamma e ottica si sono potute impiegare tutte per vedere che cosa stava accadendo. Fenomeni che coinvolgevano vera e propria materia e non solo gravità, che è esattamente quel che genera le onde elettromagnetiche. 

Ligo e Virgo sono più o meno la stessa cosa. Ci sono piccole differenze rispetto alle molte analogie. Differenze dovute soprattutto a ragioni storiche. Virgo fu creato in Italia da persone che avevano una grandissima esperienza con l’isolamento sismico: sapevano perfettamente come rendere un esperimento insensibile alle vibrazioni del suolo. 

Ligo non ha il perfetto isolamento sismico di Virgo, ma in compenso è stato costruito con tubi a vuoto più grandi, probabilmente perché noi avevamo più soldi, e questo ci dà un po’ più di flessibilità su cosa fare in futuro. Ma sostanzialmente Virgo e Ligo sono lo stesso tipo di interferometro.  

Lei racconta che il suo più grande contributo è stato credere nel progetto di LIGO. Perché era così sicuro che LIGO avrebbe funzionato e che avrebbe davvero rilevato le onde gravitazionali? 

Ci sono tre fattori. 

Il primo è che io sono, ed ero già, un esperto di sorgenti di onde gravitazionali. Io mi resi conto già nel 1980 che quelle dei buchi neri in collisione sarebbero probabilmente state le onde gravitazionali più forti. Mi misi a confrontare i dati sperimentali e le stime per cercare di capire quanto sarebbero dovuti essere sensibili i rilevatori di onde per vederle. Questo ci diede un obiettivo chiaro su dove dovevamo collocarci per riuscire. Non fui solo io a capirlo, fummo io e anche altri. E le nostre stime erano corrette! Già nel 1978 ci pronunciammo: 10 alla meno 21. È un numero piccolissimo che indica quanto fossero piccoli gli arricciamenti e gli stiramenti che volevamo immortalare. E l’ordine di grandezza del primo rilevamento poi è stato proprio quello: 10 alla meno 21! Quindi: sapevamo quale fosse il nostro obiettivo. 

Il secondo fattore è che, anche se sono un teorico, lavoravo molto a contatto con gli sperimentali. Avevo imparato tantissimo su come si fanno gli esperimenti. Avevo anche fatto qualche ricerca sperimentale da giovane. Parlo la stessa lingua degli sperimentali. 

Io sapevo bene quale fosse la sfida. Facevamo lunghe discussioni con Rainer Weiss,inventore del metodo degli interferometri laser, con Ronald Draver che guidava il gruppo al Caltech, con Vladimir Braginsky a Mosca, e altri che lavoravano su rivelatori a barra come Eugenio Coccia qui, negli anni dei primi esperimenti sulle onde gravitazionali. Io capivo quanto fosse difficile. Ma ne sapevo abbastanza per poter vedere che era possibile riuscirci, a patto di avere una squadra abbastanza buona. 

Il terzo fattore era assicurarci di averla, una squadra all’altezza, e anche la leadership necessaria per mettere insieme una grande squadra sperimentale. Doveva essere grande per forza. Barry Barish, che guidava l’esperimento MACRO qui ai laboratori del Gran Sasso, l’abbiamo reclutato perché guidasse Ligo. Io ho partecipato a costruire la squadra, sebbene io non sia certo stato alla guida. Ma ero in grado di vedere che stavamo costruendo una squadra forte abbastanza da poter affrontare questa sfida sperimentale. È stata insomma la combinazione di tre cose: sapere quanto sarebbero state deboli le onde; conoscere l’entità della sfida tecnologica; accertarmi che avessimo una squadra abbastanza buona da vincere queste sfide tecnologiche. 

C’è chi ancora non crede che i buchi neri esistano. Che cosa risponde a chi la pensa così?

Gli scettici ormai io proprio li ignoro. È così chiaro che hanno torto! Perché devo sprecare energie cercando di convincerli? Dobbiamo andare avanti e continuare a fare grandi scoperte. Non avrei reagito così anni fa, ma a questo punto le cose sono talmente palesi che non vale la pena spenderci altro tempo. 
 
Le onde gravitazionali hanno dimostrato l’esistenza dei buchi neri… e viceversa. Come si esce da questo gatto che si morde la coda? 

Era molto chiaro che avevamo a che fare con buchi neri fin dal 1980. Anzi forse dal ‘78. 
Io ero assolutamente convinto che la prima cosa che avremmo visto sarebbe stata esattamente ciò che poi abbiamo visto in effetti: buchi neri che collidevano. Era cruciale che avessimo computer in grado di simulare queste collisioni, perché le equazioni di Einstein che descrivono quel che accade quando si scontrano due buchi neri non è che puoi risolverle con carta e matita! Per questo incoraggiai molto le persone che lavoravano alle simulazioni al computer. Allo stesso tempo portavamo avanti il progetto di Ligo, il che incoraggiava anche loro a proseguire nelle simulazioni. E poi io stesso fondai un gruppo di ricerca al Caltech che ci lavorasse, perché temevo che non si facesse in tempo. Collaborando con un altro gruppo che lavorava nella stessa area a Cornell, unimmo gli sforzi sulle simulazioni in modo tale che quando il primo segnale arrivò, avevamo le nostre simulazioni, e fummo in grado di confrontare le forme delle onde in funzione del tempo, lo stirarsi e lo stropicciarsi di queste onde gravitazionali, con le simulazioni. E le vedemmo in sostanza coincidere perfettamente con le onde previste dalle simulazioni purché scegliessimo correttamente le masse dei due buchi neri. È questo che ci ha fornito le masse con ragionevole precisione. Perciò tutto tornava! Tornava proprio come ce lo aspettavamo. Avendo iniziato dal 1980, ci lavoravamo sapendo ormai all’incirca che cosa stavamo guardando... conto i decenni sulle dita: 90, 2000, 2010, 2015: 35 anni. 

Quindi è una storia lunga. Tra l’altro lei fu allievo della persona che inventò l’espressione “buchi neri”.

Sì, è vero! John Wheeler, fu mio relatore di dottorato a Princeton.

E prima, come si chiamavano i buchi neri? 

Prima c’erano altri modi di chiamarli. In genere in inglese si chiamavano “stelle collassate”, dato che sono stelle che collassano a formare un buco nero. In russo si diceva “stelle congelate”, sempre per come si comporta una stella quando collassa per formare un buco nero. Ma non erano buoni nomi, perché - come si iniziò a capire alla fine degli anni Sessanta - i buchi neri possono essere dinamici. Sono oggetti reali con proprietà dinamiche, possono ruotare, possono vibrare, quindi “stella collassata” non andava più bene, non rendeva l’idea. L’espressione “buco nero” invece evocava un oggetto con proprietà anche molto diverse da quelle di una stella. 

Che cosa ha pensato quando ha visto per la prima volta la foto del buco nero? 

Sono rimasto colpito, piacevolmente colpito, ma per niente sorpreso. Era più o meno quel che mi aspettavo. Quel che invece aspetto con grande curiosità è un video del buco nero al centro della nostra galassia! Conoscendo la sua massa, possiamo già dire che il gas bollente che produce la radiazione vortica attorno al buco nero e il suo aspetto cambia nel giro di qualche ora. Quando i ricercatori del gruppo dell’Event Horizon Telescope, che hanno ottenuto queste immagini, avranno immagini a risoluzione più alta e le riusciranno a raccogliere velocemente, potranno iniziare a farne un video! E potremo vedere come si comporta il gas bollente girando attorno al buco nero… sarà tra due o tre anni, non bisognerà aspettare molto! 

So che lei aveva scritto una trama per Interstellar che poi fu cambiata radicalmente. Com’era la sua trama? 

Allora, il film inizia con quel che si chiama “bozza”, che precede la sceneggiatura che scrissi insieme a Lynda Obst, un’amica produttrice cinematografica a Hollywood. La nostra bozza era una storia su un viaggio attraverso un wormhole verso un buco nero. In questo senso era simile a quella che poi è stata la trama del film. Ma i fratelli Nolan, Jonathan e Christopher Nolan, hanno cambiato le vicende dei personaggi completamente. Sono molto più bravi a raccontare storie di me e Lynda! Il film è venuto molto meglio. L’idea scientifica di fondo era la stessa, ma la storia umana è completamente diversa. Quella è una storia dei Nolan. 

Ma perché chiamare un fisico teorico e non un fisico sperimentale per fare da consulente a questo film?

La fisica del film è una fisica che proviene dalla relatività di Einstein. E all’epoca del film avevamo pochissimi dati sperimentali su questa fisica: deformazione dello spaziotempo, buchi neri… Ligo ci ha regalato tantissimi dati sui buchi neri e sulla loro dinamica. Sta diventando ora un tema sperimentale, ma era… è ancora molto più teorico che sperimentale. È per questo: molta di questa fisica non è ancora stata testata, quindi il film si basa soprattutto sulla relatività di Einstein e su alcuni suoi aspetti che stiamo iniziando a testare quantitativamente solo ora. 

E poi direi anche un’altra cosa: sebbene io sia effettivamente un fisico teorico, lavoro molto a contatto con la fisica sperimentale, come ho fatto con Ligo. Sono un teorico con un bel po’ di consapevolezza su osservazioni, esperimenti e su come si fanno. 

Noi oggi sappiamo che Einstein aveva ragione a dire che esistono le onde gravitazionali, ma aveva torto nel pensare che non le avremmo mai e poi mai potute rilevare. Che cosa gli sfuggiva? Un aspetto scientifico o tecnologico? 

La sua era una speculazione su un futuro lontano. Nel suo primo articolo sulla teoria delle onde, disse in pratica che le onde gravitazionali sono talmente deboli che era improbabile che gli esseri umani le vedessero mai. Le abbiamo viste, ma 100 anni dopo! Le cose sono cambiate moltissimo. I due ingredienti chiave che sono cambiati sono: 

Le onde gravitazionali abbastanza forti da poter essere viste da noi sono prodotte da oggetti che Einstein non conosceva: buchi neri, non li conosceva nel 1916. Le stelle di neutroni, lui non le conosceva. Abbiamo imparato a conoscere i buchi neri e le stelle di neutroni negli anni Trenta, molto dopo la predizione di Einstein sulle onde gravitazionali. 

E il secondo ingrediente è la tecnologia. Quando iniziammo a costruire rivelatori di onde gravitazionali c’erano i laser, che ai tempi di Einstein non c’erano - sebbene siano sue in realtà alcune idee fondamentali che sono alla base dei laser. Ma i laser arrivarono molto dopo. Laser, computer moderni, e molte altre tecnologie che non poteva concepire nel 1916.  

Che cosa secondo lei non ci sembra possibile oggi e invece presto lo sarà? 

Quello che interessa di più a me è l’osservazione della nascita dell’universo. Be’, è passato parecchio tempo da allora… Ma in tutto quel che guardiamo con un telescopio, la luce fu creata in passato e ha impiegato molto tempo a raggiungerci. Perciò se guardiamo lontano abbastanza, possiamo davvero vedere l’origine dell’universo, in teoria. Ora, il problema, con i telescopi tradizionali (ottici, radio, a raggi X), è che la luce, le onde radio e i raggi X sono facilmente assorbiti dalla materia. La materia li disperde. E se accade, perdono l’informazione che portavano; l’informazione si perde. 

Ora, quando l’universo aveva meno di 400mila anni, la materia era talmente calda e densa che le onde elettromagnetiche non si riuscivano a propagare: erano assorbite e disperse. L’unico tipo di radiazione così penetrante che potrebbe essere stata generata all’inizio dell’universo e aver viaggiato senza alcuna interferenza da parte della materia sono le onde gravitazionali! Ora, per la prima volta, ce le abbiamo. Sono lo strumento ideale, l’unico strumento di cui siamo a conoscenza, per osservare la nascita dell’universo. Mi aspetto che esisteranno rivelatori di onde gravitazionali diversi da Ligo e Virgo, nuovi tipi, e che vedremo le onde gravitazionali della nascita dell’universo nel giro di pochi decenni, e questa è l’area di ricerca più stimolante, almeno per me! Quella che osserverà il respiro dell’universo, i primi attimi, la prima frazione di secondo della vita dell’universo, grazie alle onde gravitazionali. E potranno confrontare quel che vedranno con le previsioni fatte dalle leggi della fisica che governano la nascita dell’universo, le cosiddette leggi della gravità quantistica, che ancora non abbiamo capito per niente bene! Quindi verso la metà di questo secolo, se non prima, mi aspetto che avremo le osservazioni di come l’universo è nato. E avremo previsioni teoriche provenienti da queste leggi non ben chiare della gravità quantistica, e facendo avanti e indietro tra le osservazioni e la teoria potremmo arrivare a una comprensione profonda della creazione dell’universo e di queste leggi di gravità quantistica. Sì. 

Le piace lanciarsi in previsioni ardite!

Sì, di solito indovino che cosa accadrà, ma non quando. Tendo a essere un po’ troppo ottimista sui tempi… però ho una buona media di previsioni indovinate sul cosa. 

Ci racconta la scommessa che fece con Stephen Hawking? 

La prima la facemmo quando eravamo molto giovani, i primi anni Settanta. Gli astronomi avevano appena scoperto una sorgente di raggi X nel cielo. L’oggetto in questione si chiamava Cigno X 1, 1 cioè la prima sorgente di raggi X nella costellazione del Cigno. Allora c’era qualche indizio del fatto che potesse trattarsi di gas che veniva spinto fuori da una stella normale e risucchiato da un buco nero e che diventava caldissimo man mano che si avvicinava al buco nero e incontrava i raggi X

Se era vero, quella sarebbe stata la prima osservazione di un buco nero! Così facemmo una scommessa. Stephen scommise che non era un buco nero e io scommisi che invece lo fosse. Lui scommise sul no semplicemente perché il suo lavoro più importante era stato proprio formulare una teoria dei buchi neri. La cosiddetta meccanica dei buchi neri: come si comportano quando si scontrano, il modo in cui la loro superficie aumenta e altre leggi sui buchi neri. 

Quindi per lui questa era una specie di assicurazione: nel caso non fosse in realtà un buco nero! Così in tutti i casi ci guadagnava comunque qualcosa… 

Ci volle fino al 1990, quindi quasi 20 anni prima che fosse sufficientemente convinto che fosse davvero un buco nero e ammise di aver perso la scommessa. Io in quel momento ero in Russia nel 1990. Lui di solito se veniva a Los Angeles veniva a trovare me. In quel caso invece era lì per un’altra ragione. Reclutò degli studenti per entrare nel mio ufficio e firmare la sconfitta in mia assenza. Quando tornai trovai la sua firma (era in realtà un’impronta digitale del suo pollice, dato che per via della sua disabilità fisica non poteva firmare). Quindi al mio ritorno rimasi di stucco! La scommessa era appesa sul muro del mio ufficio e improvvisamente c’era la sua firma sopra. Questa è la scommessa più famosa che facemmo, ma ce ne furono molte altre… 

Pensiamo alle grandi rivoluzioni scientifiche del passato, che oggi non facciamo fatica a comprendere. Per esempio: la Terra gira attorno al Sole e non viceversa. È assodato e per tutti noi è diventata una cosa ovvia. Adesso ci stiamo avviciniamo a una nuova concezione del tempo. Secondo lei un giorno riusciremo davvero a percepirlo diversamente, o rimarrà un’acquisizione formale che la nostra mente non saprà mai davvero cogliere? 

In Interstellar c’è un buon esempio: Cooper, il personaggio interpretato da Matthew McConaughey, si avvicina a un buco nero. Sta lì poche ore e torna indietro. Sua figlia, che aveva 11 anni quando lui è partito, al suo ritorno ha 20 anni e studia per diventare una fisica teorica. Lui torna una seconda volta vicino al buco nero e questa volta quando torna sua figlia è una donna molto anziana, mentre lui è invecchiato solo di qualche mese. Questo nel film è trattato in modo molto emotivo, molto potente. È un esempio del fatto che una diversa concezione del tempo inizia a diventare possibile, anche se nella pratica richiederà una tecnologia molto, molto superiore a quella che abbiamo oggi. Ma in un futuro molto lontano è una cosa che potrebbe avvenire. Certo, con la tecnologia che abbiamo oggi, e considerata la gravità debole del nostro sistema solare, nei prossimi cento o duecento anni io non credo che noi esseri umani avremo una dimostrazione così spettacolare del fatto che il tempo è diverso a seconda di dove sei e come ti muovi. Ma chissà: potrebbe avvenire prima di quanto io pensi. 

Passiamo in rassegna questi ultimi anni. Il momento in cui Ligo ha rilevato per la prima volta le onde gravitazionali; il momento in cui ha saputo di aver ricevuto il Premio Nobel; il momento in cui ha visto per la prima volta la foto; la prima volta che ha visto Interstellar. Qual è più fortemente scolpito nella sua memoria? 

Forse il ricordo più forte è la telefonata dall’accademia delle scienza svedese che mi diceva che avevo vinto il premio nobel. La telefonata arrivò alle 2.15 del mattino e io sapevo che molto probabilmente sarebbe arrivata. Sapevamo quanto fosse importante la nostra scoperta. Sembrava molto probabile che la telefonata arrivasse, e arrivò. L’uomo dell’accademia svedese disse “Non la sorprenderà sapere che conferiamo il premio Nobel a lei, Barry Barish e Rainer Weiss”. Io gli risposi: guardi, non mi sorprende, ma sono molto deluso, perché il premio sarebbe dovuto andare alla squadra di mille scienziati di Ligo e di Virgo, che hanno permesso questa scoperta, e non solo a noi tre.”

Questa conversazione è molto vivida nella mia mente. Lui era sorpreso che io fossi deluso. Gli dissi che pensavo che, dopo l’esperienza del bosone di Higgs, mi sarei aspettato che che vi foste ormai resi conto che il premio andava conferito all’intero gruppo di ricerca, e che avreste trovato un modo. Lui disse: “Ne abbiamo discusso, ma ancora non siamo in grado di cambiare lo statuto del premio Nobel in questa direzione. È una decisione che non è ancora stata presa. 

Lei pensa che la prenderanno prima o poi? 

Credo di sì, ma la questione è riconoscere che hanno un’altra responsabilità oltre a quella di cui si sono fatti carico all’inizio. Devono, certamente, essere un’ispirazione scientifica per chi scienziato non è, e far capire l’importanza e il potere della scienza, e sensibilizzare il pubblico rispetto alle scoperte scientifiche più grandi. Questo lo fanno, lo fanno benissimo. Certamente hanno ragione nel dire che un piccolo numero di persone, al massimo tre, fanno un’icona. In questo senso quindi io sono una specie di icona del premio Nobel: così hai delle icone che rappresentano la scienza nel mondo e sono molto efficaci come motivatori. Tutto questo è vero. 

Ma io credo che non abbiano ancora riconosciuto adeguatamente che nel mondo moderno ci sono cose estremamente importanti che possono essere fatte soltanto da collaborazioni. Un gran numero di persone che collaborano insieme e combinano competenze diverse per fare qualcosa di grande. E il premio Nobel potrebbe e dovrebbe essere sfruttato anche per insegnare al mondo l’importanza e il potere delle collaborazioni. Io credo e spero che nel giro di qualche anno inizieranno a farsi carico anche di questa seconda responsabilità. Avrebbero dovuto farlo, io credo, con Ligo. Ma non l’hanno fatto. 

A che cosa sta lavorando ora? Vedremo presto un altro blockbuster con la sua consulenza scientifica? 

Ho in effetti un secondo film in cantiere. Niente a che fare con Interstellar: è un film di fantascienza che si basa su scienza reale a cui ho lavorato. Non che ci abbia lavorato molto ultimamente, ma la bozza è fatta di una storia e della scienza alla base di questa storia ed è stata scritta da me, Stephen Hawking e Lynda Obst, con cui ho lavorato per Interstellar. E c’è una casa di produzione che ha comprato i diritti per farne un film. Hanno assoldato uno sceneggiatore che ha fatto un ottimo lavoro sulla nostra bozza, e al momento sono in cerca di un regista. Il film quindi potrebbe esserci  potrebbe anche non esserci! Molti dei film che arrivano a questo stadio di produzione poi non sono realizzati per un motivo o per l’altro. Anche Interstellar rimase in sospeso, senza un regista, per due anni e mezzo… Vedremo! Questo è un progetto nel cassetto ma per ora non sta procedendo. Vi ho detto tutto quel che vi posso dire, non posso dirvi altro su questo! 

Poi ho scritto un libro con una giovane pittrice bravissima, Leah Halloran, così brava da esporre al Guggenheim in Spagna. Il libro contiene i suoi dipinti e i miei tentativi di poesia! Poesia sulle onde gravitazionali. Si intitola The warped side of the universe, “Il lato deformato dell’universo”. È quel che in inglese chiamiamo “coffee table book”, con i suoi quadri e i miei tentativi di poesia che accompagnano i quadri, su: onde gravitazionali, collisione tra buchi neri, nascita dell’universo, e la scienza che possiamo fare ora con le onde gravitazionali. Questo è il mio secondo progetto, a cui sto lavorando molto ora con Leah perché sia completo all’incirca entro sei mesi. 

Poi ho finito da poco un lavoro gigantesco molto tecnico, un libro di testo che ho scritto con Roger Blandford, un collega di Stanford. È appena stato pubblicato. Sono 1500 pagine  e coprono praticamente metà della fisica esistente! Si intitola Modern classical physics. Quella è una cosa a cui ho lavorato per quasi 40 anni! È stato un processo molto lungo, ma di bassa intensità per la maggior parte del tempo. E questa è un’attività che si ricollega alla mia carriera tradizionale, quella accademica. 

La mia nuova carriera è al confine con l’arte ed è quel che al momento mi impegna di più. Ho partecipato a un progetto multimediale con Hans Zimmer, compositore e musicista, un progetto che metteva insieme una band e la squadra che ha lavorato agli effetti video del film. Anche questo riguardava il lato deformato dell’universo, con musicisti che suonavano, video realizzati da astrofisici con collisioni di buchi neri sullo schermo. Io arrivavo sul palco e facevo un piccolo intervento sulla parte scientifica, Hans parlava della musica, Paul Franklin, che si è aggiudicato l’Academy Award per gli effetti speciali di Interstellar, parlava della parte video, che in parte erano stati creati dal suo team e in parte avevamo raccolto da astrofisici. L’ultima volta l’abbiamo fatto a Zurigo, allo Starmus Festival, qualche mese fa. È un festival di musica e scienze che si tiene a intervalli di qualche anno. Mi piace tantissimo lavorare con artisti creativi al confine tra scienza e arte. 


 

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