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sabato 21 novembre 2015

#Almanacco quotidiano, a cura di #MarioBattacchi

Buongiorno, oggi è il 21 novembre.
Il 21 novembre 1905 Albert Einstein pubblica su "Annalen der Physik" la teoria della relatività ristretta, rielaborando e perfezionando alcune sue memorie già pubblicate il 30 giugno dello stesso anno. Questa teoria, e più tardi la elaborazione della relatività generale, rivoluzionò il modo di vedere il mondo.
Già nella seconda metà dell'800 il mondo della fisica era in fermento: le leggi della fisica classica ad opera di Newton, universalmente accettate da tempo, cominciavano a scricchiolare da quando le teorie su Maxwell sulle onde elettromagnetiche, anch'esse ormai stabilmente accettate, ponevano problemi nei sistemi con moti relativi prossimi alla velocità della luce.
Il problema può essere semplificato con alcuni esempi: la fisica classica dice che un osservatore in movimento rispetto all'oggetto osservato, ne misurerà una velocità che è la somma algebrica delle due velocità: se una persona cammina ad una velocità di 2 km/h su un treno che viaggia a 100 km/h, un osservatore a terra misurerà la velocità della persona rispetto a lui di 102 km/h (fisica classica); tuttavia, se quel treno accende i fari, la velocità con cui si propaga la luce non diventa 300.000 km/s + 100 km/h orari del treno, ma resta 300.000 km/s. Questo fatto non è in alcun modo spiegabile con le leggi della fisica newtoniana, per cui fu postulata l'esistenza dell'etere, una materia impalpabile che dovrebbe permeare l'universo e "frenare" la luce e le onde elettromagnetiche nel loro propagarsi.
Einstein si sbarazza di tutto ciò ed esprime due postulati, poi verificati sperimentalmente:
1) Le leggi della fisica hanno la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento inerziali;
2) La luce ha una velocità finita sempre uguale in tutti i sistemi di riferimento inerziali.

Questa teoria mette tutte le cose a posto: in sostanza con le formule della relatività ristretta, i fenomeni osservati in sistemi in movimento che siano molto al di sotto della velocità della luce (la quasi totalità delle situazioni della vita di tutti i giorni) possono essere studiati con le formule della fisica classica perchè le differenze che la relatività introduce sono talmente infinitesimali che possono essere ignorate; quando invece ci si approssima alla velocità della luce, queste differenze diventano apprezzabili e vanno calcolate opportunamente.
Tra tutti gli effetti che la relatività comporta, diventano apprezzabili il concetto di dilatazione dei tempi e contrazione delle distanze: per un osservatore che viaggi a velocità prossime alla luce, il tempo trascorre più lentamente e le distanze appaiono più corte; questo fatto, che sembra paradossale, è tuttavia stato dimostrato scientificamente calcolando la vita media di alcune particelle subatomiche, dunque è una realtà comunemente accettata.
Unitamente a queste verifiche sulla dilatazione del tempo, quando una particella viene accelerata sempre più affinché raggiunga una velocità prossima a quella della luce, l’energia spesa per tale accelerazione si trasforma in massa, cioè aumenta la massa della particella in questione. Al limite, una particella che raggiunga la velocità della luce (e non sia un fotone, cioè un quanto di luce), dovrebbe avere una massa infinita.
La relazione che lega queste grandezze è la ben nota:

E = mc^2

dove E è l’energia, m è la massa e c è la velocità della luce moltiplicata per se stessa.
Molti altri esperimenti simili hanno sempre dimostrato la totale validità di questa teoria. Altro concetto di grande importanza nella relatività ristretta è lo “spaziotempo”: in relatività ristretta, dato che il tempo non è più assoluto, non è possibile slegare il concetto di spazio da quello di tempo. Il tempo diventa quindi un’altra coordinata da aggiungere alle tre spaziali che già conosciamo.
Dal concetto di tempo relativo si passa poi alla conseguenza che la simultaneità degli eventi viene a cadere quando abbiamo sistemi di riferimento in moto relativo. Due eventi si dicono simultanei quando accadono nel medesimo istante. Nella relatività ristretta, eventi che sono simultanei se misurati in un determinato sistema di riferimento inerziale senz’altro non lo saranno più se osservati da un altro sistema di riferimento inerziale in moto uniforme.
La relatività ristretta ed ancor di più la relatività generale, che è il miglioramento di questa teoria, hanno cambiato completamente il modo di porsi davanti alla natura.

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