Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild (Francoforte sul Meno, 9 ottobre 1873 – Potsdam, 11 maggio 1916) è stato un matematico, astronomo e astrofisico tedesco. Legò il proprio nome all'astrofisica moderna: dalla spettroscopia alla teoria dell'evoluzione stellare, effettuando diversi studi su modelli teorici di atmosfere stellari grazie alla scoperta dell'effetto fotografico che porta il suo nome ("effetto Schwarzschild") e che consiste nella perdita di sensibilità delle emulsioni fotografiche sensibili in condizioni di bassa luminosità o di tempi di posa molto lunghi.

I suoi studi di astrofisica teorica apportarono contributi fondamentali alla teoria della relatività generale scoperta dal collega e contemporaneo Albert Einstein: Schwarzschild riuscì a scegliere condizioni di approssimazioni tali che gli permisero di risolvere le equazioni di campo einsteiniane in maniera esatta, laddove Einstein medesimo aveva sostenuto che sarebbe stato difficile trovare soluzioni analitiche, meravigliandosi e complimentandosi con il collega per la fortunata scelta. Come conseguenza delle soluzioni trovate, in seguito, nel 1938, sia Robert Oppenheimer, sia Lev Landau, trattarono la prima teorizzazione dell'implosione prima parziale, stella a neutroni, poi totale della massa stellare che crollando sotto il proprio peso porta l'astro fino alle dimensioni ridotte puntiformi e adimensionali delle "singolarità gravitazionali", oggetti – peraltro – che si trovano alla frontiera della descrizione ottenibile con le leggi della relatività e persino con le leggi della meccanica quantistica (concetto di "buco nero"). Schwarzschild affermò la realtà fisica della sua singolarità gravitazionale, che portò in tempi successivi al concetto dell'esistenza dei buchi neri, ma ammise che questi "mostri siderali" potevano essere frutto di modelli matematici, e che, quindi, avrebbero potuto anche non esistere nella realtà. In effetti egli stesso si accorse che nella sua soluzione esistevano due tipi di singolarità: una effettivamente fisica, ineliminabile, l'altra eliminabile tramite un cambio di coordinate di riferimento. Oggi l'esistenza dei buchi neri è ampiamente accettata in Astrofisica e, in certa misura, resa evidente dalle osservazioni.

La vita e la carriera

Karl Schwarzschild nasce il 9 ottobre 1873 a Francoforte sul Meno da un'agiata famiglia di stirpe ebraica. A scuola dimostra un'eccezionale abilità per la matematica e le scienze correlate (fisica e chimica, in primo luogo). Qui inizia ad appassionarsi all'astronomia che continuerà a studiare alle scuole superiori.

Nel 1889-1890, adolescente, pubblica i suoi primi lavori sulla rivista Astronomische Nachrichten: due articoli sulla determinazione delle orbite di stelle doppie.

Nel 1896 ottiene il dottorato di ricerca in astronomia all'università di Monaco di Baviera con la massima votazione possibile, summa cum laudae. L'anno successivo, nel 1897, viene assunto all'osservatorio di Kuffner, alla periferia di Vienna in qualità di assistente. Durante il periodo viennese pubblica articoli sulla spettroscopia delle atmosfere stellari e sulla determinazione della magnitudine stellare.

Nel 1900 fa ritorno a Monaco di Baviera. Qui pubblica un articolo sul fenomeno della repulsione della coda delle comete da parte del Sole durante l'avvicinamento alla nostra stella, in previsione del passaggio, nel 1910, della Cometa di Halley.

Nel 1901 diviene direttore titolare dell'osservatorio astronomico di Gottinga. Grande amico di David Hilbert e di Hermann Minkowski, a loro volta tra loro grandi amici che si stimavano reciprocamente, partecipa al progetto ispirato da Hilbert di Matematizzazione della Fisica, progetto al quale successivamente si aggrega anche Minkowski, che porta anzi Minkowski, dopo la grande scoperta di Einstein del 1905 sulla Relatività, stimolato da Hilbert e coadiuvato da Schwazschild, ad indagare la struttura stessa della Relatività.

Nel biennio 1907-1908 scopre l'effetto Schwarzschild, su cui si basano tutti i moderni metodi per fotografare le stelle, anche le più distanti. Questo fu il primo vero accurato e preciso metodo fotometrico, basato su una scala cromatica, l'indice di colore di Schwarzschild, indispensabile al fine di classificare le stelle con un metodo quantitativo. Lo scienziato non richiese il brevetto sul metodo appena scoperto, che trovò, quindi, ampia diffusione a livello mondiale.

Nel 1909 Schwarzschild ottenne il prestigioso incarico di direttore titolare dell'Osservatorio astrofisico di Potsdam, non lontano dalla capitale Berlino, incarico che manterrà fino alla morte, nel 1916.

Nel lustro 1911-1916, indipendentemente da Arnold Sommerfeld, teorizza le regole generali di quantizzazione, teorizza la fisica degli spettri atomici contemporaneamente a Niels Bohr e trova una soluzione esatta delle equazioni di campo di Einstein, il cui articolo sulla relatività generale ebbe modo di leggere nel 1915, mentre si trovava al fronte, mantenendosi a stretto contatto con la Scuola di Hilbert a Gottinga. Pur ignorando (come tutti i suoi colleghi scienziati dell'epoca) la vera natura della fonte energetica stellare, Schwarzschild inizia a studiare i meccanismi di produzione e di trasporto energetico: conclude che le stelle non possono generare calore e luce tramite semplici reazioni chimiche in quanto esaurirebbero il loro combustibile in qualche decina di migliaia di anni, quando era risaputo da tempo che la vita di una stella come il Sole, ai tempi nostri classificata stella nana, è di circa 10 miliardi d'anni. Preconizza, così, tutta la moderna teoria dell'evoluzione stellare (successivamente enunciata da Eddington nel decennio 1920-1930) esponendo il principio dell'equilibrio radiativo.

Durante questo periodo, dedicandosi appunto alla risoluzione delle equazioni relativistiche di campo scoperte da Einstein, per primo ipotizzò quella che adesso costituisce la frontiera estrema della fisica attuale: la possibilità di comprimere totalmente la materia entro un raggio sferico limitato da un fattore superiore a 10¹⁴, determinando in tal modo la possibile, per quell'epoca un'ipotesi fantastica, esistenza dei buchi neri, e scoprendo la formula che definisce le proprietà che li caratterizzano, ovvero la cattura gravitazionale al loro interno di tutte le radiazioni elettromagnetiche incidenti.

Pubblicò e divulgò le conclusioni dei suoi studi nella corrispondenza intrattenuta dal fronte con Einstein: il 15 novembre 1915, Albert Einstein scopre le equazioni di campo della relatività generale, poi stampate sul numero del 25 novembre degli Atti dell'accademia delle scienze prussiana. Allora Schwarzschild rese note le sue soluzioni inviando ad Einstein, il 16 gennaio 1916, un primo articolo nel quale egli presentava la prima soluzione esatta di quelle equazioni.

Nel settembre 1914, iniziata da un mese la prima guerra mondiale, si arruola volontario e viene distaccato nelle retrovie del fronte occidentale, nel Belgio occupato.

Nel 1916 viene trasferito sul fronte orientale contro i Russi, ma la vita di trincea, per il suo fisico gracile risulta nefasta. Si ammala gravemente agli inizi del 1916 e muore a Potsdam dopo alcuni mesi.

Gli è stato dedicato un cratere di 212 km di diametro sulla Luna.

Voci correlate

• Meccanica Quantistica
• Teoria della Relatività
• Buco nero
• Evoluzione stellare
• Raggio di Schwarzschild
• Tachione

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Collegamenti esterni

• Biografia dello scienziato

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