Einstein e la teoria della relatività

La fisica del diciottesimo e diciannovesimo secolo è stata basata essenzialmente sulla grandiosa teoria della gravitazione universale di Newton che spiega le interazioni tra corpi a distanza: dalla mela che cade al moto di stelle e pianeti.

Tuttavia, alcuni suoi concetti, come l’istantaneità di tali interazioni e l'esistenza di uno spazio-tempo assoluto, furono rivoluzionati dalla Relatività.

Nella seconda metà del diciannovesimo secolo ed all’inizio del ventesimo, la fisica si trovava di fronte ad un problema apparentemente insolubile e che concerneva la velocità della luce.

Detta velocità c:

infatti, misurata anche con altissima precisione, non varia sia che la sorgente sia in quiete, sia che essa sia in moto rispetto all’osservatore.
Ciò è evidentemente in contrasto con le leggi della fisica classica che affermano che le velocità  di un oggetto lanciato con una certa velocità da una sorgente a sua volta in movimento debbono sommarsi.

Nel 1905 Einstein pubblicò il primo articolo della sua teoria, chiamata Relatività ristretta che chiariva il mistero: la velocità della luce è una costante universale, essa quindi non cambia sia che venga emessa dalla vostra lampadina tascabile, sia che essa provenga da una stella in moto rispetto alla terra.
Le formule della relatività ristretta sono abbastanza semplici. Esse, tra l’altro, portano alla conclusione che un segmento di lunghezza L, misurato in un certo riferimento, diminuicse tale lunghezza se misurato da un altro riferimento in moto relativo rispetto al primo. Allo stesso modo il TIC di un orologio rallenta se misurato in due sistemi in moto relativo. Alla velocità della luce la lunghezza del segmento L si annulla ed il tempo cessa di scorrere.

Inoltre, la massa di qualunque oggetto (quindi anche una particella elementare) cresce indefinitamente al crescere della velocità, fino a tendere ad un valore infinito.
La velocità della luce rappresenta un muro invalicabile che nessun oggetto può mai raggiungere: questo fatto, tra l’altro, rende vane, e per sempre, le speranze dell’uomo di potere un giorno, sia pur lontano, raggiungere pianeti al di là del Sistema solare. Tali pianeti infatti distano decine, centinaia o anche milioni di anni luce da noi.
Ma la conseguenza più importante è certamente quella che concerne la relazione tra massa ed energia (la famosa formula E=mc²), che ha permesso, tra l’altro, la costruzione dei reattori nucleari e, purtroppo, anche della bomba atomica.
La relatività ristretta si chiama così perché riguarda solo sistemi dotati di moto uniforme e lineare, detti sistemi inerziali.

Nel 1916 Einstein pubblicò la teoria della Relatività generale, che riguarda qualunque tipo di moto, quindi anche quelli accelerati.
Contrariamente alla ristretta, la Relatività generale richiede un trattamento matematico parecchio più complesso.
Una delle principali conclusioni è l'assoluta identità tra forza di gravità ed accelerazione.

Lo spazio è incurvato dalla presenza delle masse: questo fatto venne verificato durante un'eclissi di sole nel 1919, quando si vide la luce di una stella che si sapeva trovarsi dietro al sole. Il raggio di luce aveva seguito la curvatura dello spazio attorno alla massa del sole.
La distanza più corta tra due punti non è quindi la linea retta ma una particolare curva (detta geodetica) che tiene conto della distribuzione delle masse.
Inoltre il tempo rallenta in vicinanza di masse importanti.

Tutte le previsioni delle due Relatività sono state provate al di là di ogni ragionevole dubbio: solo uno sparuto gruppo di "dissidenti" cerca, senza successo, di proporre teorie alternative.

Facciamo infine notare che la Relatività (sia ristretta che generale) si applica a condizioni estreme, a velocità prossime a quella della luce o in prossimità di masse gigantesche: nella nostra vita quotidiana possiamo quindi tranquillamente continuare ad usare la buona vecchia fisica di Newton.

Per leggere la versione integrale della teoria di Gianpaolo Benincasa clicca qui.
Qui per la versione inglese.