Lezione di fisica N.4

Einstein ha scritto il primo articolo sulla relatività, quello che lo ha reso famoso presso i fisici, nel 1905, all'età di 26 anni. Il titolo dell'articolo è “Sull'elettrodinamica dei corpi in moto”. In questo articolo viene esposta ciò che viene chiamata la teoria della “relatività ristretta”. Ristretta significa: ristretta al caso di due osservatori che si muovono di moto rettilineo uniforme uno rispetto all'altro. Si può anche chiamare teoria della “relatività particolare” o della “relatività speciale”. Nel 1916 Einstein formulerà la teoria della “relatività generale”, nella quale cade la restrizione di cui dicevamo sopra e si prendono in considerazione anche i moti non uniformi e la gravitazione. Sarà la teoria che lo renderà famoso al grande pubblico con la sua previsione dell'incurvamento della luce delle stelle in occasione dell'eclissi di sole del 29 Maggio 1919. La parola “relatività”, come abbiamo visto nella lezione 1, significa “relatività del moto”. Quindi prende le mosse già dal principio di relatività di Galilei. Con il principio di relatività di Galilei già si erano individuati i sistemi di riferimento inerziali, nei quali le leggi della fisica sono semplici (vi vale infatti la legge di inerzia) e si possono descrivere nella stessa maniera. I sistemi rif. inerziali sono tutti privilegiati, non ce ne è uno in particolare privilegiato. Ogni sistema di riferimento che si muove di moto rettilineo uniforme rispetto a un sistema inerziale è a sua volta un sistema inerziale. Sono infiniti. Così come sono infiniti i sistemi non inerziali (ogni sistema che non si muove di moto rettilineo uniforme rispetto a un qualsiasi sistema inerziale è non inerziale). Un infinito che si divide in due infiniti, così come, per esempio, gli infiniti numeri interi si dividono nei due infiniti insiemi dei numeri pari e dei numeri dispari. Quindi: infiniti sistemi di riferimento privilegiati: i sistemi inerziali, tutti muoventesi di moto rettilineo uniforme uno rispetto all'altro. Con le scoperte sull'elettromagnetismo stava capitando che c'era bisogno di un unico sistema di riferimento privilegiato, il sistema nel quale il fantomatico “etere” era in quiete. Questo etere sembrava avere nessuna consistenza materiale. Questo sistema era l'unico sistema in cui la luce (le radiazioni elettromagnetiche in genere) si poteva muovere alla stessa velocità in ogni direzione. E' come se dai tempi di Galilei si fosse fatto un passo indietro: infatti con Galilei c'erano dei sistemi privilegiati, ma erano infiniti, quelli inerziali. E adesso si doveva eleggere un solo sistema privilegiato: quello del fantomatico etere! Ecco perché il nome di teoria della relatività: perché ci si riaggancia a quel principio di relatività già individuato da Galileo Galilei, che in sostanza dice che in tutti i sistemi inerziali le leggi della fisica sono semplici e si possono esprimere nella stessa maniera! Così il principio di relatività di Galilei non può venirne intaccato. Einstein ci mostrerà che le grandezze dello spazio e del tempo sono relative all'osservatore! Le equazioni della relatività ristretta sono in sostanza le equazioni di Lorentz, già formulate da Lorentz, il quale però non aveva saputo trovare per esse un reale significato fisico! E con le equazioni di Lorentz la luce può viaggiare alla stessa velocità c in ogni sistema di riferimento inerziale, non c'è bisogno del sistema privilegiato dell'etere!

Con la teoria della relatività generale Einstein farà un ulteriore passo avanti: perché ci devono essere i sistemi inerziali che sono privilegiati rispetto ad altri? Einstein cercava una maniera perché ogni osservatore potesse descrivere la realtà fisica alla stessa maniera, senza nessun privilegio! O se c'è un privilegio, deve esserci un motivo per questo privilegio, o no? Con la teoria della relatività generale, lo spazio-tempo subirà altre modifiche rispetto a come siamo abituati a concepirlo. Non più uno spazio euclideo, quello che impariamo dalla geometria a scuola, ma sono le masse, le grandi masse (sole, terra, luna) che determinano il tipo di geometria dello spazio intorno a loro! Ma questa è un'altra questione!