Perché, se i fotoni non hanno massa, questi vengono deviati dall’attrazione gravitazionale di oggetti molto massicci come le galassie?
Per rispondere alla domanda bisogna andare oltre la concezione di forza gravitazionale concepita in fisica classica e in particolare dalla teoria della gravità di Newton come effetto legato alla massa degli oggetti, e considerare la teoria della Relatività Generale derivata da Albert Einstein.
Più in dettaglio, la teoria classica della gravita di Newton è valida sotto particolari condizioni: a velocità molto più piccole di quella della luce (300 000 km/s) e quando la gravità è debole. Condizioni con le quali siamo abituati a convivere quotidianamente.
Quando invece parliamo di particelle che viaggiano a velocità prossime a quella della luce, come il fotone (che viaggia esattamente alla velocità della luce), e siamo in presenza di oggetti molto massicci, come le galassie, che generano un intenso campo gravitazionale, allora solo la teoria della Relatività ci può dare le risposte corrette.
Secondo la teoria della Relatività Generale la gravità non è più considerata una forza, ma un effetto di curvatura dello spazio-tempo. Quindi l’effetto di un oggetto molto massivo è di generare una distorsione dello spazio tempo. Comunemente, siamo abituati a pensare che sotto effetto di una forza gravitazionale gli oggetti si muovano lungo una curva in uno spazio piatto. Invece, secondo la teoria della Relatività Generale, la prospettiva cambia e le particelle si muovono lungo “linee” speciali in uno spazio-tempo curvo. Tali curve dello spazio tempo sono chiamate geodetiche e sono la generalizzazione agli spazi curvi delle linee rette.
I fotoni, come le altre particelle, si muovono lungo queste geodetiche e quindi i loro percorsi sono curvati dalla presenza di un forte campo gravitazionale, come quello generato da una galassia o ancor di più dalla presenza di un buco nero.
Tali effetti sono stati confermati sperimentalmente osservando il famoso effetto di gravitational lensing (lente gravitazionale) causato dalla deflessione della radiazione elettromagnetica, come la luce, quando lambiscono una galassia o un oggetto celeste molto massivo.
A questa domanda di Michele Te. ha risposto Angelo Ricciardone.