relatività

Lessico

sf. [sec. XIX; da relativo].

1) Qualità, condizione di ciò che è relativo, non assoluto: la di un'affermazione, di una teoria scientifica; la della conoscenza umana.

2) In fisica, formulazione delle leggi fisiche tale da renderle invarianti rispetto a una generica trasformazione delle coordinate spaziali e temporali che individuano un evento elementare; si articola nelle teorie della relatività ristretta e della relatività generale.

Fisica: generalità

Alla fine del sec. scorso l'interpretazione teorica dei fenomeni fisici del mondo macroscopico era compendiata nelle classiche equazioni di Newton per i fenomeni meccanici e in quelle di Maxwell per i fenomeni elettromagnetici e ottici. I due gruppi di equazioni erano basati su ipotesi fondamentalmente diverse e contrastanti: nelle equazioni di Newton si suppone che ogni azione tra i corpi si manifesti istantaneamente, qualunque sia la distanza che li separa (teoria dell'azione a distanza), mentre in quelle di Maxwell le forze si propagano con una velocità finita, che è quella della luce. All'inizio del sec. XX i fisici teorici si impegnarono nel tentativo di superare il dualismo tra i principi meccanici e quelli elettromagnetici e di inquadrarli tutti entro un unico schema. Nel tentativo di raggiungere questa unificazione fu proposta da A. Einstein la teoria della relatività applicata ai sistemi muoventisi di moto rettilineo uniforme (teoria della relatività ristretta, 1905), estesa in seguito ai sistemi muoventisi di moto qualunque (teoria della relatività generale, 1915).

Fisica: i sistemi inerziali

Le leggi della dinamica newtoniana si esprimono in sistemi di riferimento detti inerziali (o galileiani), cioè non accelerati, in cui vale la legge d'inerzia. Un sistema può essere considerato inerziale in varie approssimazioni. Per esempio, un sistema solidale con la superficie terrestre è considerabile in molte circostanze come un sistema inerziale. In esperimenti particolari si può tuttavia rivelare l'accelerazione dovuta alla rotazione della Terra su se stessa (pendolo di Foucault) o alla rotazione attorno al Sole. In linea di principio, il sistema di riferimento inerziale più preciso che si riesca a definire è uno solidale con gli oggetti celesti più lontani (stelle fisse). In un sistema di riferimento inerziale la nota formula F=ma che lega la forza che agisce su un corpo al moto che produce. Tale formula rimane invariata anche se il moto è descritto in un sistema di riferimento che si muove di moto rettilineo uniforme rispetto al precedente. Infatti consideriamo il moto di un punto materiale in un sistema di riferimento inerziale; le sue coordinate saranno descritte dalle funzioni X(t), Y(t), Z(t), che verificheranno la legge della dinamica . Consideriamo ora un sistema di riferimento che si muove con velocità costante w rispetto al precedente lungo l'asse X. Le coordinate del medesimo punto materiale espresse nel nuovo sistema di riferimento saranno: x(t)=X(t)=-wt, y(t)=Y(t), z(t)=Z(t). Queste sono dette trasformazioni di Galileo. Si osservi che non coinvolgono la variabile temporale, che rimane la stessa in ogni sistema di riferimento. Dalle precedenti trasformazioni si ricava immediatamente la legge di composizione della velocità v_x=V_x-w, v_y=V_y, v_z=V_z e anche a=A cioè l'accelerazione è la stessa nei due sistemi di riferimento. Essendo anche la forza F la medesima nei due sistemi di riferimento, ne segue che la legge della dinamica è la stessa nei due sistemi. Riassumendo si può dire, in termini moderni, che le equazioni della meccanica sono invarianti per trasformazioni galileiane delle coordinate. Galileo formulò l'idea che questo fatto fosse del tutto generale, e che non fosse possibile con alcun esperimento stabilire se un sistema di riferimento sia o meno in moto rettilineo uniforme rispetto a un sistema di riferimento inerziale. Questo è il contenuto del cosiddetto principio di relatività galileiano.

Fisica: il principio di relatività da Maxwell a Einstein

Il problema che si poneva nella seconda metà del sec. XIX era costituito dal fatto che le equazioni di Maxwell, che governano tutti i fenomeni di natura elettromagnetica, non sono invarianti per trasformazioni di Galileo. Quindi il principio di relatività non era valido, oppure qualcosa andava modificato nel cambiamento di coordinate tra sistemi di riferimento in moto uniforme. Inizialmente solo la prima ipotesi venne presa in considerazione. Fu introdotto il concetto di etere, come un mezzo nel quale hanno luogo i fenomeni elettromagnetici, e quindi un sistema di riferimento inerziale privilegiato, nel quale cioè l'etere è a riposo. L'etere sarebbe stato il supporto delle onde elettromagnetiche così come l'aria è il supporto delle onde acustiche. Furono concepiti numerosi esperimenti per rivelare il moto della Terra rispetto all'etere. La più celebre esperienza a questo riguardo fu quella eseguita per la prima volta da A. A. Michelson nel 1879 e poi ripetuta da lui e da vari sperimentatori con sempre maggior precisione e in diverse condizioni: le più accurate misure stabilirono che entro un errore di 300 m/s la velocità della luce era costante qualsiasi fosse la direzione di propagazione ed era indipendente dal moto della Terra, in netto contrasto con la legge di composizione delle velocità di Galileo. Altri esperimenti dovuti a A.H.L. Fizeau, l'osservazione del fenomeno dell'aberrazione astronomica annua, lo studio delle stelle doppie ecc., fornirono un complesso di dati sperimentali in contraddizione tra di loro quando si tentò di interpretarli alla luce della concezione fisica, basata sull'idea dell'esistenza di un riferimento, l'etere, sede dei fenomeni elettromagnetici, e sull'accettazione del principio di relatività galileiana. D'altra parte, il concetto stesso di etere appariva fisicamente infondato, dovendo l'etere costituire un gas estremamente rarefatto per riempire di sé tutto lo spazio e non impedire il moto dei corpi e nello stesso tempo possedere una fantastica solidità per sostenere le vibrazioni trasversali delle onde luminose. Parallelamente nel 1904 H.A. Lorentz osservò che, benché le equazioni di Maxwell non siano invarianti per trasformazioni galileiane, lo sono per altre trasformazioni, dette oggi di Lorentz, che sono delle modifiche a quelle di Galileo: nelle stesse condizioni precedenti, il passaggio di coordinate tra i due sistemi di riferimento è dato dalle formule: dove , e c è la velocità della luce. Se β→0, cioè la velocità relativa è molto piccola rispetto alla velocità della luce, si riottengono le trasformazioni di Galileo. Dalla non rivelabilità sperimentale dell'etere, e dalla precedente osservazione di Lorentz, Einstein dedusse che non dovesse essere abbandonato il principio di relatività e dovessero invece essere modificate le trasformazioni di coordinate in quelle di Lorentz. Il punto più difficile da comprendere era il significato della differenza della variabile temporale tra i vari sistemi di riferimento, che appare nelle trasformazioni di Lorentz.

Fisica: le trasformazioni di Lorentz

Partendo dalla critica del concetto di contemporaneità Einstein arrivò alla necessità di tempi diversi in sistemi di riferimento in moto relativo. Secondo le ordinarie concezioni intuitive si ammette in generale di poter considerare due fenomeni come verificantisi nello stesso istante in assoluto, cioè prescindendo dal sistema di riferimento; si può attribuire un significato preciso alla contemporaneità di due fenomeni che avvengono nello stesso luogo, ma bisogna essere più prudenti quando si tratta di confrontare due fenomeni che si verificano in località differenti. Per stabilire se un evento che ha luogo in un punto A sia o no contemporaneo di un evento che ha luogo in un punto B, ci si dovrà servire di due orologi. Per accordare questi ci si servirà di segnali luminosi, per cui bisogna conoscere la legge di propagazione di tali segnali. La velocità della luce rispetto a due osservatori fissi o in moto è molto grande ma finita, dell'ordine di ca. 3 · 10⁸ m/s. In tutti i problemi in cui sono considerati moti che avvengono con velocità molto più piccole di questa e che sono praticamente tutti i problemi studiati dalla meccanica classica, questa velocità di propagazione può essere considerata infinita e quindi il tempo di propagazione della luce trascurabile, per cui gli osservatori considerano un tempo comune; se si tiene conto che qualsiasi segnale si può trasmettere solo con velocità finita, il concetto di simultaneità può essere riferito solo a un determinato osservatore per cui, se per quell'osservatore due fenomeni sono simultanei, non lo sono per un altro osservatore in moto rispetto al primo. Einstein estese il principio di relatività galileiano a tutti i fenomeni, non solo meccanici, ma anche elettromagnetici e di qualsiasi altra natura e introdusse il principio della ristretta: le leggi di tutti i fenomeni fisici devono avere la stessa forma rispetto a tutti gli osservatori animati l'uno rispetto all'altro di moto traslatorio rettilineo uniforme. Questo significa che con nessuna esperienza di fisica si è mai in grado di accertare se il sistema di riferimento con cui si è solidali stia fermo o si muova di moto rettilineo uniforme. Il vecchio concetto newtoniano di tempo assoluto viene sostituito dal principio della costanza della velocità della luce: la luce si propaga nel vuoto, in tutte le direzioni, con una velocità c=2,998 · 10⁸ m/s che ha sempre lo stesso valore qualunque sia lo stato di moto dell'osservatore e della sorgente. Ammettendo come postulati i due principi di Einstein è possibile dedurre delle nuove leggi di trasformazione delle coordinate da sostituire alle leggi galileiane; esse coincidono con la trasformazione di Lorentz e sono in grado di eliminare le contraddizioni che nello schema teorico prerelativistico sorgevano nel tentativo di interpretare i diversi fenomeni fisici. Le formule inverse delle equazioni della trasformazione di Lorentz si possono ottenere scambiando per il principio di relatività x, y, z, t, con X, Y, Z, T e w con -w. Mentre nella meccanica prerelativistica, in base alla concezione di tempo assoluto, due eventi simultanei in un sistema di riferimento lo sono anche per qualunque altro sistema in quiete o in moto rispetto al primo, per la teoria della relatività due eventi simultanei verificantisi in due punti diversi di un sistema non appariranno tali se osservati da un altro sistema in moto rispetto a esso. Quando w< le equazioni di Lorentz si riducono alla trasformazione galileiana, che è valida con ottima approssimazione nella maggior parte dei problemi pratici relativi allo studio delle proprietà dei sistemi macroscopici; tale condizione equivale ad ammettere che i segnali luminosi si propaghino istantaneamente, cioè t=T. La trasformazione data sopra è una trasformazione speciale di Lorentz; la trasformazione più generale è più complicata e si ottiene componendo la traslazione rappresentata dalle suddette equazioni con un numero opportuno di rotazioni spaziali. Sulla base dei due postulati della relatività ristretta e delle trasformazioni di Lorentz è fondata la meccanica relativistica.

Fisica: l'equivalenza tra massa ed energia

Con l'aiuto delle equazioni di Lorentz si possono dedurre immediate conclusioni sul modo di confrontare misure di lunghezze e di intervalli di tempo eseguite da due osservatori O e O´ in moto rettilineo uniforme l'uno rispetto all'altro: la lunghezza l di un segmento in movimento è minore della sua lunghezza l´ in quiete:
; in altri termini, la sbarra in moto appare contratta nel rapporto . La durata Δt di un fenomeno in un corpo in movimento è maggiore di quella dello stesso fenomeno Δt´ in un corpo fermo: ; in altre parole la durata di un fenomeno appare come dilatata a causa del moto nel rapporto . È questo il cosiddetto paradosso dei gemelli (o degli orologi): se uno di due gemelli fa un viaggio spaziale a velocità prossima a quella della luce troverà l'altro al suo ritorno assai invecchiato rispetto a lui, se non addirittura morto da secoli o da più tempo ancora. Tale enunciato è equivalente a quello per cui un orologio in moto rispetto a un altro assolutamente identico marca il tempo con un ritmo assai più lento di esso. L'esempio più evidente della dilatazione dei tempi per sistemi in moto, si ha nel decadimento delle particelle elementari. Sperimentalmente si osserva con estrema chiarezza l'allungarsi della vita media delle particelle instabili che si muovono con velocità comparabili con quella della luce, secondo le formule della relatività. Se v è la velocità di un punto mobile rispetto a O e v´ è quella dello stesso punto rispetto a O´, il quale si muove rispetto a O con velocità costante w lungo l'asse x, la composizione delle velocità viene espressa dalle seguenti formule:

Queste formule mostrano immediatamente come la velocità c della luce nel vuoto può essere considerata il valore limite superiore di ogni possibile velocità che può essere impressa a un corpo o a un segnale fisico qualsiasi. Infatti, in accordo con la prima equazione, anche attribuendo a O´ una velocità w=c rispetto a O, e al punto mobile una velocità rispetto a O´ pure uguale a c e diretta lungo x, che è pure la direzione di w, l'osservatore O misurerà una velocità del punto mobile data da

Il concetto di massa come costante scompare per essere sostituito dalla nuova definizione: nella quale m₀ è una costante, detta massa di riposo, e m è la massa della particella considerata; l'aumento della massa all'aumentare della velocità del corpo assume proporzioni sempre maggiori mano a mano che ci si avvicina alla velocità della luce, per raggiungere la quale sarebbe necessario fornire al corpo un'energia infinita. La quantità di moto è infatti

Uno dei risultati più importanti della teoria è l'aver scoperto l'equivalenza tra massa ed energia: a ogni massa a riposo m₀ si accompagna un'energia di riposo E₀=m₀c² e a ogni energia E, inversamente, può attribuirsi una massa ; in questa formula, che estende il principio di conservazione dell'energia, è contenuto tutto quanto occorre per valutare l'energia ottenibile sotto qualsiasi forma, dalla disintegrazione di un nucleo o di una particella elementare, o da reazioni nucleari.

Fisica: lo spazio-tempo di Minkowski

Una brillante e semplice descrizione di tipo geometrico delle trasformazioni di Lorentz e in generale di tutti i risultati della cinematica relativistica è dovuta a H. Minkowski. In questa rappresentazione, la quaterna di valori per le variabili x, y, z, t viene assunta come insieme delle quattro coordinate di un punto cronotopico, o evento elementare, in uno spazio a quattro dimensioni detto spazio-tempo o cronotopo. L'ordinario spazio geometrico è l'insieme dei punti cronotopici simultanei. La storia di un punto materiale è rappresentata dalla successione delle sue posizioni e dei valori del tempo, il cui insieme forma una linea universale o linea oraria o linea cronotopica. Se dx, dy, dz, dt sono gli incrementi che subiscono le coordinate di un punto-evento del cronotopo, quando si passa da detto punto a un altro infinitamente vicino, si chiama quadrato dell'elemento lineare del cronotopo la forma differenziale ds²=c²dt²-dx²-dy²-dz². Per la speciale forma che ha questo elemento lineare, il cronotopo della relatività ristretta è detto cronotopo pseudoeuclideo. In esso le trasformazioni di Lorentz sono quelle che lasciano invariata la forma dell'elemento lineare del cronotopo: essa si dice temporale, spaziale o di lunghezza nulla secondo che il ds² corrispondente risulti positivo, negativo, nullo. L'esistenza di tali linee deriva dal fatto che la metrica del cronotopo non è euclidea, cioè dal fatto che nella ds² si hanno termini di segno opposto. Ricordando che nel passaggio da un sistema di riferimento a un altro dotato di traslazione uniforme ci si può ridurre a considerare una trasformazione speciale di Lorentz fra le sole variabili x, t e X, T, ci si può limitare a considerare per semplicità le rappresentazioni geometriche dei fenomeni cinematici nel piano rappresentato dalle sole variabili x, t; per comodità si assume però come coordinata temporale la variabile x₄=ct. Se immaginiamo di avere un punto materiale che si muova lungo l'asse x, il suo moto sarà rappresentato da una linea oraria nel piano x, x₄. La condizione che il punto materiale si muova lungo l'asse x con una velocità inferiore a quella della luce è espressa da

cioè dal fatto che se rappresentiamo il moto in un piano cartesiano avente x₄ come ordinata e x come ascissa, il coefficente angolare della linea oraria deve essere in ogni punto >1, ovvero la tangente alla curva in un punto qualsiasi deve formare un angolo >45º. Se si tracciano le due rette formanti un angolo di 45º con l'asse dei tempi e aventi per equazioni: x-x₄=0 e x+x₄=0 (rette di luce), tutte le linee orarie passanti per l'origine e corrispondenti a punti materiali che si muovono con velocità minori di c, come è richiesto dalla teoria della relatività, risultano interne all'angolo compreso tra queste due rette, le quali sono le linee orarie di un punto che partendo dall'origine si muove con velocità c sull'asse delle x rispettivamente nel senso positivo e in quello negativo. Le due rette di luce dividono il piano in tre parti: una costituita da tutti i punti-eventi raggiunti dai segnali che partono dall'origine e che si trasmettono con velocità inferiore a quella della luce (futuro fisico), un'altra costituita da tutti i punti-eventi da cui possono partire dei segnali diretti verso l'origine e aventi velocità inferiore a quella della luce (passato fisico) e infine una terza costituita dai punti-eventi per i quali passano le linee orarie di ipotetici segnali, fisicamente non esistenti, che dovrebbero trasmettersi con velocità superiore a quella della luce (presente fisico); i punti del presente non possono avere nessuna relazione causale con il punto-evento che è stato assunto come origine. Le trasformazioni di Lorentz corrispondono nel cronotopo a una rotazione rigida degli assi. Un altro vantaggio della rappresentazione geometrica nel cronotopo quadrimensionale è di permettere l'uso del formalismo dell'analisi tensoriale nella trattazione dei problemi fisici.

Fisica: la teoria della relatività generale di Einstein

La teoria della relatività ristretta permette la descrizione dei fenomeni meccanici ed elettromagnetici mediante leggi valide per tutti gli osservatori dotati di moto relativo rettilineo uniforme l'uno rispetto all'altro. Per togliere questa limitazione, nel 1915, Einstein generalizzò la sua teoria in modo da renderla adatta a formulare leggi valide qualunque sia il moto degli osservatori. Il punto di partenza di Einstein fu il fenomeno della gravitazione; egli immaginò il seguente esperimento ideale: si consideri una zona di spazio priva di qualunque forza gravitazionale e in essa un laboratorio con un osservatore. Se il laboratorio inizia a muoversi verso l'alto con moto uniformemente accelerato e l'osservatore lascia cadere una sfera, questa rimane immobile nel punto in cui è stata lasciata, ma a causa del moto accelerato il pavimento finirà con il raggiungerla; da questo istante la sfera rimarrà schiacciata sul pavimento e sarà accelerata con tutto il sistema. L'osservatore vedrà cadere sul pavimento la sfera e in base alle sue conoscenze sul campo gravitazionale può giungere alla conclusione di trovarsi insieme al laboratorio in un campo gravitazionale costante rispetto al tempo. Si può affermare che in base ai fenomeni meccanici il campo gravitazionale apparente prodotto da un moto accelerato non è distinguibile da un vero campo dovuto all'attrazione di una massa. In questa conclusione risiede il principio di equivalenza tra gravità e accelerazione. Il principio generale della relatività permette di derivare teoricamente le proprietà del campo gravitazionale e la sua influenza sui fenomeni naturali e di formulare le leggi a cui obbedisce il campo gravitazionale stesso. Il procedimento che porta alla formulazione di queste leggi impone però di abbandonare la concezione euclidea dello spazio, simboleggiato dalle coordinate cartesiane rispetto a una terna di assi fissi; lo spazio diviene uno spazio curvo per la cui rappresentazione viene impiegato un sistema generalizzato di coordinate, dette coordinate gaussiane. La descrizione del continuo spazio temporale per mezzo di queste coordinate elimina in modo completo l'introduzione di un sistema di riferimento e non è vincolata al carattere euclideo del continuo che viene rappresentato. In questo modo il principio generale di relatività diviene: tutti i sistemi di coordinate gaussiane sono per principio equivalenti per formulare le leggi generali della natura. Procedendo alla formulazione della legge generale del campo gravitazionale, bisogna tener presente che essa deve sempre soddisfare il postulato generale della relatività, non deve violare il principio di conservazione dell'energia e della quantità di moto e deve contenere in sé come caso limite le leggi newtoniane della gravitazione.

Fisica: le prime verifiche della teoria della relatività

La soluzione delle equazioni gravitazionali di Einstein permette la previsione dei seguenti fenomeni: la deflessione della luce stellare in prossimità di grandi masse, per esempio il Sole, lo spostamento verso il rosso della luce emessa da sorgenti luminose gravitanti, per esempio la luce solare (effetto Einstein), e il moto del perielio delle orbite planetarie. Queste possibili verifiche della teoria della relatività generale furono proposte dallo stesso Einstein. La verifica della deflessione dei raggi luminosi provenienti dalle stelle in prossimità del Sole fu effettuata poco tempo dopo la pubblicazione della teoria, durante l'eclissi totale del 29 maggio 1919. Lo spostamento verso il rosso della lunghezza d'onda delle radiazioni emesse da atomi in intensi campi gravitazionali corrisponde a un rallentamento di questi orologi atomici (il tempo in un intenso campo gravitazionale scorre più lentamente che per noi, la frequenza dell'atomo è minore e quindi la lunghezza d'onda è maggiore). Il fenomeno è detto red shift gravitazionale; esso fu osservato per la prima volta da W. Adams nella stella Sirio B nel 1926, ma la sua misura con l'alta precisione richiesta dalla teoria fu possibile solo nel 1960 sfruttando l'effetto Mössbauer. Il terzo fenomeno indicato da Einstein per verificare la teoria era già noto da molto tempo nel caso del pianeta Mercurio, il più vicino al Sole. L'orbita di Mercurio, come quella di tutti i pianeti, è in prima approssimazione un'ellisse con orientamento fisso nello spazio. Tuttavia, a causa delle perturbazioni indotte dagli altri pianeti, l'asse maggiore dell'ellisse non è perfettamente immobile ma ruota nello stesso verso del pianeta (questo fenomeno è chiamato precessione del perielio). I calcoli basati sulla teoria newtoniana della gravitazione prevedevano per questo fenomeno un valore di 523‟ (secondi d'arco) al sec. Il valore misurato era invece 575‟. Nel 1915 Einstein mostrò che la relatività generale spiegava la differenza tra la misura sperimentale e la teoria newtoniana. I valori ottenuti nella prima metà del sec. per la deflessione dei raggi e per il red shift gravitazionale erano però affetti da notevoli margini di errore e le concordanze con i valori previsti dalla teoria erano considerate prove deboli di quest'ultima.

Fisica: la conferma della relatività di Einstein

Le verifiche della teoria della relatività continuarono per tutto il sec. XX e continuano, sempre più precise, anche nel sec. XXI. La teoria della relatività ristretta aveva costituito da subito, insieme alla meccanica quantistica, uno dei due pilastri della fisica contemporanea, tuttavia fu solo con le grandi scoperte dell'astrofisica che la relatività generale acquistò, nel panorama della fisica contemporanea, quel ruolo preminente che le compete. Anche le conquiste dell'astronautica non furono estranee al successo della relatività generale. Nel 1968 I.I. Shapiro propose un'altra verifica estremamente precisa, questa volta con onde radio, della deflessione della radiazione elettromagnetica in vicinanza del campo gravitazionale del Sole. In una serie di esperienze sempre più precise, effettuate con i veicoli spaziali Mariner e Viking alla fine degli anni Settanta del sec. XX, furono ottenuti in questo campo risultati che si accordavano perfettamente con la teoria. Una verifica di eccezionale precisione di questo tipo fu effettuata anche nel 2003 utilizzando la sonda Cassini in viaggio verso Saturno quando si trovava dalla parte opposta al Sole. La verifica più precisa di un effetto previsto dalla teoria della relatività generale, e cioè del trascinamento del sistema di riferimento per effetto della rotazione della Terra, è stata, poi, effettuata alla fine del 2004 da I. Ciufolini utilizzando i dati del satellite italiano LAGEOS II. La stessa verifica è oggetto della missione del satellite della NASA Gravity Probe B, in orbita attorno alla Terra dal 20 aprile 2004. Il campo, però, in cui la relatività generale si è dimostrata di importanza capitale è quello della cosmologia: la previsione di un Universo in espansione, già esplicita nei primi lavori di K. Schwarzschild e di A.A. Fridman, è alla base di tutti i moderni modelli cosmologici. La relatività generale si è dimostrata, inoltre, uno strumento insostituibile per lo studio di oggetti celesti di altissima massa e densità quali le stelle a neutroni identificate nelle pulsar. La relatività generale prevede l'esistenza di oggetti ancora più densi, i buchi neri, che costituirebbero singolarità nel continuo spazio-temporale. Una tale singolarità è lo stesso Universo all'atto della creazione, cioè del big-bang. Un'ulteriore conferma della teoria della relatività generale potrebbe essere fornita dalla rivelazione diretta delle cosiddette onde gravitazionali, la cui esistenza è stata osservata indirettamente in sistemi binari con pulsar che perdono energia in modo spiegabile solo con l'emissione di onde gravitazionali. Secondo la teoria della relatività generale, infatti, le masse accelerate (o altre distribuzioni di energia) emettono delle onde gravitazionali, in modo del tutto simile a come le cariche elettriche accelerate emettono onde elettromagnetiche. Verso la fine degli anni Sessanta J. Weber costruì delle antenne formate da cilindri di alluminio sospesi in camere a vuoto e collegati a rivelatori piezoelettrici. Le onde gravitazionali attraversando tali antenne avrebbero dovuto farle entrare in vibrazione. Dopo esperimenti durati 18 mesi, Weber annunciò un evento gravitazionale al giorno, ma l'attribuzione all'osservazione di onde gravitazionali dei segnali rivelati è risultata poi assolutamente impossibile, data la scarsa sensibilità dei dispositivi di Weber. Nei primi anni del sec. XXI gli esperimenti per la rivelazione diretta delle onde gravitazionali proseguono in varie parti del mondo, e particolarmente in Italia, sia con dispositivi del tipo di Weber, ma molto perfezionati, sia con interferometri laser, anche seppelliti in profondità della Terra. Una delle più brillanti conferme della teoria della relatività deriva anche dalla scoperta delle lenti gravitazionali previste da Einstein già nel 1937, per cui diversi casi di quasar perfettamente identici si sono rivelati nient'altro che immagini di un unico quasar le cui radiazioni elettromagnetiche vengono deviate per effetto gravitazionale da una debole galassia tra il quasar e la Terra.

Filosofia

Considerata sotto l'aspetto filosofico, la relatività è variamente spiegata dai filosofi appartenenti alle varie scuole: alcuni negano alla relatività ogni significato filosofico, sostenendo che una “teoria fisica” è in ultima analisi una “teoria matematica” e quindi non ha nessuna relazione con la filosofia; essi negano alla teoria della relatività anche il diritto a disquisire sul tempo e sullo spazio; altri filosofi, la maggioranza, vedono la relatività in un'angolazione positivistica, per cui solleverebbe solo problemi matematici. Eppure proprio questa posizione ha permesso di meglio delimitare sotto l'aspetto epistemologico il campo della fisica, dandole più ampia libertà nella formulazione delle proprie teorie e nell'esperimentarle senza preoccupazioni metafisiche. Nel campo della conoscenza, la teoria della relatività, se da un lato può talvolta essere sconfinata nel soggettivismo, dall'altro ha portato alla definizione della relatività come ricerca di espressioni indipendenti da ogni elemento soggettivo e dalle stesse leggi di natura (per esempio, un dato assoluto sarebbe la velocità della luce), aderente sempre all'esperienza e libera da abitudini mentali. Si è così giunti a una specie di realismo critico, che ha rivisto in merito al tempo e allo spazio le nozioni di Newton e di Kant. Anche sulla “fusione tra spazio e tempo” operata dalla relatività generale i filosofi riconoscono la distinzione esistente fra i due concetti di spazio e di tempo e sostengono che lo spazio quadridimensionale è un modello utile alla ricerca, ma rimane sempre e solo un modello.

Bibliografia

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