L'astrofisico teorico Kip Thorne lavora con Jessica Chastain sul set di Interstellar(Credito: Kip Thorne tramite Wired Magazine)
Per un secolo da quando Albert Einstein ha pubblicato per la prima volta la sua rivoluzionaria teoria della relatività generale, le migliori menti del mondo hanno cercato di scoprire se le previsioni derivanti dalla sua teoria sono vere. Una di queste menti, Kip Thorne, ha trascorso la sua carriera indagando sull'affermazione di Einstein secondo cui le onde gravitazionali esistono ed è considerata il principale esperto mondiale in materia. Thorne è ora sull'apice di una delle scoperte scientifiche più sorprendenti nella storia umana moderna: il rilevamento di queste onde .
In qualità di professore di fisica teorica al California Institute of Technology, Thorne ha pubblicato numerosi libri e articoli sulla teoria gravitazionale. Nel 1984, Thorne ha co-fondato il progetto LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) che utilizza i laser per misurare minuscole distorsioni nel tessuto dello spazio-tempo, distorsioni che potrebbero essere causate dalle onde gravitazionali.
Nel 1994 ha scritto il pluripremiato Buchi neri e distorsioni temporali: l'oltraggiosa eredità di Einstein, un libro che collega il pubblico mainstream al suo complesso campo di studi. Un decennio dopo, Thorne divenne il consulente scientifico di Interstellare e ha fornito la matematica necessaria per fornire con precisione le grandiose immagini del film. Ha anche pubblicato La scienza dell'interstellare con un attaccante di Christopher Nolan.
Il 14 settembre 2015, gli scienziati che lavorano presso i siti gemelli del rivelatore LIGO a Livingston, Louisiana e Hanford, Washington, hanno giurato di mantenere il segreto dopo che i dati iniziali hanno indicato il rilevamento di un violento evento cosmico avvenuto molto tempo fa. Dopo mesi di controllo e ricontrollo dei dati, e con le notizie che iniziano a trapelare al pubblico, i ricercatori dei laboratori LIGO gestiti dal CalTech e dal MIT hanno annunciato la straordinaria rilevazione delle onde gravitazionali. Come una nuova finestra sull'universo, le onde hanno rivelato la fusione di due buchi neri quasi 1,3 miliardi di anni fa.
L'Braganca si sedette con Kip Thorne prima del suo collaborazione multimediale con il maestro VFX Paul Franklin e il compositore premio Oscar Hans Zimmer su Lato deformato dell'universo , per discutere di Einstein, delle onde gravitazionali e del suo lavoro su Interstellare .
Qual è la teoria della relatività generale di Einstein?
È una struttura per tutte le leggi della fisica tranne le leggi quantistiche. La gente di solito dice bene, è la sua teoria della gravità, ma va ben oltre. Ha costruito questa teoria per spiegare la gravità, ma in realtà quella teoria fa molto di più. Ti dice come tutte le altre leggi della natura si inseriscono nello spazio e nel tempo.
È il modo più accurato che conosciamo per descrivere la natura in quello che chiameremmo il dominio classico che è tutto tranne quando si arriva alle cose molto piccole, come atomi e molecole.
Come si collega la teoria di Einstein a? onde gravitazionali ?
Einstein formulò la sua teoria della relatività generale in uno sforzo molto intenso che durò dal 1905 al 1915 e completò la teoria nel novembre del 1915, poco più di cento anni fa. Ha quindi iniziato a utilizzare la teoria o queste leggi che ha sviluppato per fare previsioni. Una delle previsioni più importanti e l'ultima grande previsione che ha fatto era che le onde gravitazionali dovrebbero esistere. Lo predisse nel giugno del 1916, quindi ora stiamo parlando di soli due mesi dal centenario della previsione delle onde gravitazionali.
Ha esaminato le previsioni, ha esaminato la tecnologia del giorno e ha esaminato le cose che potrebbero produrre onde gravitazionali nell'universo e ha concluso che era senza speranza che le avremmo mai viste. Semplicemente non avremmo mai una tecnologia abbastanza accurata.
Si era sbagliato. Li abbiamo visti per la prima volta lo scorso settembre.
Nella linea temporale dalle previsioni di Einstein alla recente scoperta delle onde gravitazionali, qual è stato il punto di svolta che ha portato a una svolta?
Beh, ci sono stati alcuni punti di svolta. Le due svolte più cruciali sono arrivate da due persone in particolare. Joseph Weber, intorno al 1960, ha ideato un approccio che sembrava essere in grado di vedere le onde gravitazionali e ha intrapreso lo sforzo per trovarle. Fu la prima persona a mettere in discussione il detto di Einstein che non avremmo avuto la tecnologia per farlo. Weber non ha visto le onde gravitazionali. Ha pensato di averlo fatto per un po', ma in realtà non li ha visti. Le onde sono più deboli di quanto avesse sperato, ma ha rotto l'impasse delle persone che pensavano che non ce la facessi e ha ispirato gli altri. Incluso me.
La seconda svolta è stata un'invenzione di Ray Weiss al MIT ma con i semi di quell'idea venuti prima da Mikhail Gertsenshtein e Vladislav Pustovoit a Mosca, in Russia. Ray Weiss ha inventato questa tecnica che ora usiamo ed era diversa dalla tecnica di Weber. Lo chiamiamo rilevamento delle onde gravitazionali dell'interferometro e si basa su onde gravitazionali che spingono gli specchi avanti e indietro. Misurate la maggior parte degli specchi con raggi laser.
Weiss ha inventato questo e poi ha analizzato tutte le principali fonti di rumore che avresti dovuto affrontare e ha descritto come affrontarle. Nel 1972, ha fornito un modello per la strada da seguire con questo tipo di design. Era un progetto che è stato modificato in vari modi ma non enormemente. Era davvero un design che ha resistito alla prova del tempo per decenni come guida per un modo per farlo. Questo è stato il punto di svolta più grande.
È piuttosto interessante perché Ray è un ragazzo modesto e ha avuto l'idea che non avrebbe dovuto pubblicarlo nella letteratura regolare finché non avesse scoperto le onde gravitazionali. Quindi ha scritto questo articolo che penso sia il documento tecnico più potente che abbia mai letto. Lo scrisse e lo pubblicò in una serie di rapporti interni del MIT. Era prontamente disponibile per le persone come me che erano interessate all'argomento. Dovevi andare a cercarlo perché non era disponibile nella letteratura normale.
Qual è il futuro di questo campo ora che le onde gravitazionali sono state rilevate?
Beh, questo è davvero solo l'inizio. Quando Galileo puntò per la prima volta il suo telescopio ottico sui cieli e aprì la moderna astronomia ottica, quella fu la prima delle finestre elettromagnetiche fuori dall'universo: la luce. Usiamo la frase 'finestra' per indicare determinate tecnologie che utilizziamo per cercare radiazioni con una determinata regione di lunghezza d'onda. Negli anni '40 nacque la radioastronomia, guardando con le onde radio invece che con la luce. Negli anni '60 nacque l'astronomia a raggi X. Negli anni '70 nacque l'astronomia a raggi gamma. Anche l'astronomia a infrarossi è nata negli anni '60.
Presto abbiamo avuto tutte queste finestre diverse che sembravano tutte con onde elettromagnetiche ma con lunghezze d'onda diverse. L'universo appare molto diverso attraverso un radiotelescopio e un telescopio a raggi X rispetto alla luce. La stessa cosa sta accadendo con l'astronomia delle onde gravitazionali.
Le onde gravitazionali verranno utilizzate per esplorare l'universo?
Questo è quello che stiamo facendo ora. Lo stiamo facendo ora a LIGO. Abbiamo annunciato la scoperta di due buchi neri in collisione. Ce ne saranno di più e vedremo molti altri tipi di fenomeni, ma li stiamo vedendo solo con onde gravitazionali che hanno un certo periodo di oscillazione. Un periodo di pochi millisecondi. Nei prossimi 20 anni vedremo onde gravitazionali che hanno periodi di ore. 
Il laboratorio LIGO a Livingston, Louisiana (a sinistra) è stato utilizzato per rilevare le onde gravitazionali emesse dalla collisione di due buchi neri (illustrato a destra).Crediti: LIGO
Con rivelatori simili a LIGO che volano nello spazio, probabilmente nei prossimi 5 anni vedremo onde gravitazionali che abbracciano anni utilizzando una tecnica di radioastronomia che prevede il tracciamento di ciò che chiamiamo Pulsar.
Vedremo probabilmente entro i prossimi 5 anni, sicuramente i prossimi 10 anni, onde gravitazionali con periodi lunghi quasi quanto l'età dell'universo. Attraverso modelli che creano nel cielo che chiamiamo sfondo cosmico a microonde.
Avremo quattro diverse finestre di onde gravitazionali aperte entro i prossimi 20 anni e ognuna di esse vedrà qualcosa di diverso. Indagheremo la nascita dell'universo con questo. La cosiddetta 'era inflazionistica' dell'universo. Analizzeremo la nascita delle forze fondamentali e come sono nate. Li vedremo nascere nei primi istanti dell'universo usando le onde gravitazionali. Osserveremo la collisione dei buchi neri, cosa che stiamo facendo ora, ma enormi buchi neri si scontrano. Vedremo le stelle dilaniate dai buchi neri.
Vedremo solo una fantastica gamma di cose che non abbiamo mai visto prima e questo andrà avanti per secoli come l'astronomia ottica è andata avanti per secoli. Questo è solo l'inizio.
Hai lavorato con Christopher Nolan e Paul Franklin per costruire la scienza e le immagini dietro a Interstellare. Quanto era accurato il buco nero nel film, Gargantua?
È la rappresentazione più accurata apparsa in un film di Hollywood. Oliver James, che è capo scienziato presso Paul Franklin la compagnia di Doppio negativo , con una certa insistenza da parte mia ho inventato un modo completamente nuovo di fare l'imaging. Produce immagini più fluide e accurate in questo senso. Questo è ciò di cui hai bisogno per un film IMAX.
Abbiamo usato una nuova serie di tecniche, ma utilizzando una serie di tecniche più vecchie, l'astrofisico ha costruito immagini come l'immagine di Gargantua dal 1980. È stato fatto per la prima volta da Jean-Pierre Luminet in Francia. Ci sono immagini di buchi neri che assomigliano a Gargantua, ma raramente le hai viste nella letteratura di astrofisica. Questo non è qualcosa che gli astronomi vedono effettivamente con i loro telescopi. 
Gargantua, il buco nero immaginario raffigurato nel film Interstellar.(Credito: Warner Bros.)
Questa è la versione con la risoluzione più alta, la versione più avvincente e la versione più accattivante. Ma in precedenza gli astrofisici hanno fatto delle rappresentazioni accurate.
Nel film, il professor Brand spiega che quando Cooper tornerà dal suo viaggio interstellare, avrebbe risolto il problema della gravità. Qual era quel problema?
Nel film, la Terra sta morendo biologicamente e sono rimaste solo pochi milioni di persone. La ricerca del Professor Brand e delle persone che lavorano con lui è scoprire se è possibile sollevare quelle persone rimanenti dalla Terra nelle colonie spaziali. Non avevano la potenza del razzo per farlo. Avevano il potere di costruire colonie spaziali sulla Terra ma non avevano il potere dei razzi per sollevarle.
Nel film, ci sono anomalie gravitazionali che si sono verificate abbastanza improvvisamente e questa stranezza sulla gravità che ha iniziato a verificarsi ha suggerito al Professor Brand che potrebbe essere possibile controllare la gravità o cambiarne il comportamento.
Quello che voleva fare era abbassare l'attrazione gravitazionale della terra abbastanza a lungo da usare la piccola potenza del razzo per sollevarci. Il problema era quindi imparare a sfruttare queste anomalie. Vedi un esempio dell'anomalia nella camera da letto di Murph: lo schema della polvere che cade. Riesci a sfruttare queste anomalie e ridurre effettivamente la gravità terrestre?
Quanto dista l'umanità dai viaggi interstellari?
Penso che probabilmente lo faremo, ma non in meno di tre secoli. È molto molto difficile.
Ci sono idee su come potresti farlo, generalmente coinvolgendo il mettere le persone in colonie spaziali che durano per generazioni. Ci sono idee propulsive che le persone hanno avuto che mi fanno pensare che sarà raggiunto dagli esseri umani in tre o quattro secoli.
Leggi la nostra intervista con l'artista degli effetti visivi vincitore dell'Oscar dietro Interstellare , Paul Franklin.
Robin Seemangal si concentra sulla NASA e sulla difesa dell'esplorazione spaziale. È nato e cresciuto a Brooklyn, dove attualmente risiede. Trovalo su Instagram per più contenuti relativi allo spazio: @not_gatsby.
