Flat & Curved SpaceTimes - Ellis

  • George F.R. Ellis, Ruth M. Williams - FLAT AND CURVED SPACE-TIMES - 2° ed. Oxford (2001)

Il 14 marzo cadono diverse importanti ricorrenze:

  1. Il 14 marzo (3/14 nei paesi anglosassoni) è l’International Pi Greco Day , su cui abbiamo già dato.
  2. Il 14 marzo 1879 ad Ulm nel Baden-Württemberg nasceva un genio, Albert Einstein
  3. Il 14 marzo 1988 presso Sacramento in California nasceva Marina-Ann Hantzis, meglio nota al mondo come Sasha Grey, non un genio ma certo una donna molto intelligente.
  4. Il 14 marzo 2018 moriva a Cambridge in Inghilterra un genio, Stephen Hawking

Per celebrare la (2) e la (4) invece possiamo riprendere in un mano un gran bel libro, di George Ellis.

Le applicazioni più importanti della teoria della relatività generale di Einstein sono nel campo dell’astrofisica e della cosmologia. Sulle implicazioni delle equazioni di Einstein per la nostra conoscenza dello spazio-tempo un’opera fondamentale è: “The Large Scale Structure of Space-Time” La struttura su larga scala dello spazio-tempo, scritto a quattro mani appunto da Stephen Hawking e George Ellis.

Da pochi giorni è in libreria l’edizione speciale dell 50° anniversario, con una nuova prefazione di Ellis ed una nuova appendice di Abhay Ashketar. Ma non è un libro per tutti, anzi è leggibile solo dai pochi che hanno conoscenze avanzate e profonde di fisica teorica, fisica matematica, geometria differenziale, topologia, equazioni non-lineari alle derivate parziali e così via.

Invece “Flat and Curved Space-Time”, di Ellis con la collaborazione di Ruth Williams, è un libro senza troppa matematica, ed inoltre quella più complicata è confinata tutta nelle appendici. Quindi è accessibile a tutti gli studenti di materie scientifiche, anche a quelli delle scuole secondarie (licei), ed al lettore interessato e sufficientemente motivato.

Al contrario di tanti libri presunti divulgativi di grande successo in libreria (non c’è bisogno di fare nomi, specie di chi non c’è più,..) prova a spiegare veramente la curvatura dello spazio-tempo, gli effetti relativistici, i buchi neri, ai non specialisti della materia. Ed a parlare di cosmologia senza scadere nella narrativa fiabesca e nella fantafisica. Ci riesce molto bene, e fornisce anche solide basi per approfondire l’argomento su testi di livello più avanzato, come i manuali universitari. A questo livello ci sono forse solo i volumi di Edwin Taylor e John Wheeler (“Space-time Physics”, tradotto come “Fisica dello Spazio-tempo”, “Exploring Black Holes”), disponibili anche gratuitamente online, il classico manuale di French (“Special Relativity”), Mills (“Space Time and Quanta”). Il titolo indica che sono trattate sia la relatività speciale (spazio-tempo piatto) che quella generale (spazio-tempo curvo).

L’esposizione è divisa in 8 capitoli:

  1. Diagrammi spazio-tempo e fondamenti della relatività speciale
  2. Elementi di misurazione
  3. Misure nello spazio-tempo piatto
  4. Le trasformazioni di Lorentz e l’intervallo invariante
  5. Spazio-tempo curvo
  6. Collasso stellare e sferico
  7. Modelli cosmologici semplici
  8. Considerazioni finali Dal cap.3 viene introdotto il K-calcolo di Bondi per calcolare semplicemente gli effetti relativistici. Nel cap.5 sono trattate le onde gravitazionali ed i metodi per rilevarle. Nel cap.6 sono spiegati la soluzione di Schwarzschild, i buchi neri, la termodinamica della loro evaporazione. Nel cap.7 i vari modelli di universo (stazionario, inflazionistico,…) Per il 95% del libro bastano ed avanzano algebra e geometria analitica del liceo, con una idea intuitiva di velocità, accelerazione ed intervallo infinitesimo nello spazio-tempo. E ci sono tante illustrazioni e diagrammi per spiegare meglio i concetti. Nelle appendici vengono spiegati in modo semplice i concetti matematici avanzati necessari per consultare i testi di livello universitario citati nella bibliografia: quadrivettori, tensori, integrali di linea, il tensore di campo elettromagnetico ed il tensore energia-impulso della materia. Il libro, di circa 380 pagine, è abbastanza costoso come prezzo di listino. Da consultare in biblioteca od acquistare d’occasione.

George Francis Rayner Ellis (1939) è un fisico teorico sudafricano, professore emerito di Sistemi Complessi presso il Dipartimento di Matematica e Matematica Applicata dell’Università di Città del Capo.
Negli anni ‘70 e ‘80, durante il governo segregazionista sudafricano, Ellis è stato aperto oppositore delle politiche di apartheid. Anche per questo Nelson Mandela lo ha insignito personalmente della più alta onorificenza sudafricana, la Gran Croce dell’Ordine della Stella del Sudafrica, nel 1999. Nel 2007 è stato eletto Fellow della Royal Society. Considerato uno dei più importanti cosmologi al mondo, ha pubblicato nel 1973 insieme a Stephen Hawking, la celebre monografia “The Large Scale Structure of Space-Time”. La prima parte della carriera si svolge all’Università di Cambridge (PhD, ricercatore, associato) per tornare all’Univ. di Città del Capo come professore ordinario. George Ellis ha lavorato per molti decenni su cosmologie anisotrope (modelli Bianchi) e universi disomogenei, e sulla filosofia della cosmologia. In tempi recenti ha lavorato sull’emergere della complessità e sul modo in cui ciò è reso possibile dalla causalità nella gerarchia della complessità dei sistemi. Ha anche collaborato con Teppo Felin, Denis Noble e Jan Koenderink su una serie di articoli pubblicati sulla rivista Genome Biology. In termini di filosofia della scienza, Ellis è un platonico.

Ruth Margaret Williams è una matematica del DAMTP di Cambridge, si è occupata soprattutto di relatività generale, gravità quantistica discreta con il calcolo di Regge, in cui lo spazio tempo è approssimato da successioni di simplessi piatti che formano cupole geodetiche 4-dimensionali. Il formalismo usato dalla Williams è stato inventato dal fisico teorico italiano Tullio Regge nel 1961.