L'anno memorabile di Einstein

Introduzione

A chiunque abbia dimestichezza con la storia della scienza moderna, l'espressione «anno memorabile» cui fa riferimento il titolo richiama subito alla mente la relativa controparte latina annus mirabilis, a lungo usata per descrivere l'anno 1666, durante il quale Isaac Newton gettò le fondamenta di gran parte delle teorie fisiche e matematiche che rivoluzionarono la scienza del diciassettesimo secolo. Appare del tutto appropriato riferire la stessa frase all'anno 1905, durante il quale Albert Einstein non soltanto portò a compimento parte dell'eredità newtoniana, ma pose le basi di quella frattura con essa che avrebbe rivoluzionato la scienza del ventesimo secolo. L'espressione fu coniata senza alcun riferimento a Newton. In una lunga poesia dal titolo Annus Mirabilis: The Year of Wonders, 1666, John Dryden, famoso poeta della Restaurazione, celebrò la vittoria della flotta inglese su quella olandese, oltre che la sopravvivenza della città di Londra al Grande Incendio. L'espressione venne poi utilizzata per celebrare l'attività scientifica di Newton durante il medesimo anno – anno in cui questi pose le fondamenta della sua versione del calcolo infinitesimale, della sua teoria dei colori, e di quella della gravitazione. Ecco il resoconto che lo stesso Newton fornì (molto tempo dopo) dei risultati ottenuti durante questo periodo:
All'inizio dell'anno 1665, trovai il Metodo di approssimazione delle serie e la Regola per ridurre in serie ogni dignità [potenza] di qualsiasi binomio [cioè, il teorema binomiale]. Nel maggio dello stesso anno trovai il metodo delle Tangenti [...], nel novembre il metodo diretto delle flussioni [cioè, il calcolo differenziale] e nel gennaio dell'anno dopo la Teoria dei colori; nel maggio seguente mi addentrai nel metodo inverso delle flussioni [cioè, il calcolo integrale]. Nello stesso anno, cominciai a pensare ad estendere la gravità all'orbita della Luna, e (dopo aver trovato come valutare la forza con cui [un] globo che ruota entro una sfera preme sulla superficie della sfera [cioè, la forza centrifuga]) dalla regola di Keplero, secondo la quale i tempi periodici dei Pianeti stanno in proporzione sesquialtera con le loro distanze dal centro delle rispettive Orbite [cioè, la terza legge di Keplero], dedussi che le forze che trattengono i Pianeti nelle loro Orbite debbono [stare] fra loro come i quadrati delle distanze dei pianeti stessi dai centri intorno ai quali essi ruotano; e perciò confrontai la forza richiesta per trattenere la Luna nella sua orbita con la forza di gravità alla superficie della Terra, e trovai che corrispondevano quasi esattamente. Tutto ciò avvenne nei due anni della peste 1665- 1666. In quei giorni ero nel fiore dell'età per quanto riguarda le facoltà inventive, e mi occupavo di Matematica e Filosofia più di quanto sia mai avvenuto da allora. In tempi più recenti, l'espressione annus mirabilis è stata riferita all'attività di Albert Einstein durante il 1905, nel tentativo di stabilire un parallelismo fra due anni cruciali, l'uno nella vita del padre fondatore della fisica classica e l'altro in quella del suo successore nel ventesimo secolo. Quali risultati ottenne Einstein in quell'anno straordinario? A questo proposito, disponiamo fortunatamente di suoi personali resoconti relativi ai lavori del 1905. Dei primi quattro, così scrisse a un caro amico: Le prometto quattro articoli [...] il primo dei quali potrei inviarle a breve, dato che riceverò prontamente le copie omaggio. Si occupa della radiazione e delle proprietà energetiche della luce, ed è molto rivoluzionario, come vedrà [...] Il secondo lavoro è una determinazione delle reali dimensioni degli atomi stabilite a partire dalla diffusione e dalla viscosità di soluzioni diluite di sostanze neutre. Il terzo dimostra che, assumendo la validità della teoria [cinetico] molecolare del calore, particelle in sospensione nei liquidi, dell'ordine di grandezza di 1/1000 di mm, devono già compiere un movimento disordinato osservabile, prodotto dall'agitazione termica; i fisiologi hanno infatti osservato i movimenti di piccoli corpi inanimati in sospensione, che sono stati da loro chiamati «moto molecolare browniano». Il quarto lavoro è attualmente soltanto un abbozzo, e tratta di un'elettrodinamica dei corpi in movimento che utilizza una modifica della teoria dello spazio e del tempo; la parte puramente cinematica di questo lavoro la interesserà di sicuro. Einstein caratterizzò il quinto articolo con le seguenti parole: Mi è venuta in mente un'ulteriore conseguenza del lavoro sull'elettrodinamica. Il principio di relatività, unito alle equazioni di Maxwell, prescrive che la massa sia una misura diretta dell'energia contenuta in un corpo; la luce porta cioè con sé una massa. Nel caso del radio, dovrebbe aversi una sensibile diminuzione di massa. L'argomento è buffo e seducente; ma per quanto ne so, il Signore potrebbe riderci sopra e menarmi per il naso. I paralleli fra i due scienziati sono chiari: ognuno aveva circa vent'anni; ognuno, in precedenza, aveva dato scarsi segnali dell'imminente sbocciare del suo genio; e, durante un breve lasso di tempo, ciascuno si avventurò spedito lungo strade che avrebbero infine rivoluzionato la scienza della loro epoca. Se poi Newton aveva solo ventiquattro anni nel 1666 mentre Einstein ne aveva ventisei nel 1905, beh, nessuno si aspetti che questo parallelismo sia perfetto […].