Einstein e la Teoria della Relatività Ristretta
Einstein e la Teoria della Relatività Ristretta

La Teoria della Relatività Ristretta fu descritta da Einstein nel 1905, provocando una vera e propria rivoluzione nell’interpretazione dei fenomeni della fisica.

Einstein risolse il dilemma nato nella seconda metà dell’800 sull’interpretazione dell’elettromagnetismo. Il brillante fisico britannico James Clerk Maxwell scoprì nel 1864 che le leggi dell’elettricità e del magnetismo sono legate tra loro grazie alle “onde elettromagnetiche”, che si muovono nello spazio alla velocità della luce, rispettando le proprietà note dell’elettricità e del magnetismo: anche in assenza di conduttori, un campo elettrico variabile induce un campo magnetico e, viceversa, un campo magnetico variabile induce un campo elettrico. Anche la luce, quindi, è un particolare tipo di onda elettromagnetica.

Propagazione delle onde elettromagnetiche
Propagazione delle onde elettromagnetiche

La teoria di Maxwell richiedeva che la luce, essendo un’onda elettromagnetica, si muovesse attraverso un mezzo e non nel vuoto. Per superare questa apparente assurdo fu teorizzata l’esistenza dell’etere, che però non venne mai scoperto. Nel 1887 Albert A. Michelson ed Edward Morley cercarono di scoprire l’etere provando gli effetti del suo attraversamento dalla luce. L’esperimento doveva provare che la luce in movimento nell’etere in direzioni diverse rispetto al moto della Terra doveva mostrare variazioni di velocità. Questa teoria chiaramente non venne dimostrata.

Fu appunto Einstein, nel 1905, a risolvere il problema partendo da un punto di vista alternativo, con la Teoria della Relatività Ristretta: la teoria dell’elettromagnetismo di Maxwell è autoconsistente solo se la velocità osservata della luce è indipendente dalla velocità dell’osservatore relativamente alla luce. L’implicazione più importante di questo assunto è che la velocità della luce diventa assoluta (rispetto alla velocità dell’osservatore) mentre lo spazio e il tempo diventano relativi.

La velocità è definita letteralmente come la distanza percorsa in un tempo specifico: l’unico modo in cui un singolo raggio di luce può percorrere la stessa distanza (es. 300 milioni di metri) relativamente a due osservatori in moto relativo tra loro, è se ciascuno dei loro “secondi” o ciascuno dei loro “metri” è diverso!

Le quattro conseguenze della Relatività Ristretta per spazio, tempo e materia sono:

a) gli eventi che accadono nello stesso tempo in due luoghi diversi per un osservatore non sono necessariamente simultanei per un altro osservatore in moto rispetto al primo. Il tempo di una persona vale esclusivamente per tale persona e i concetti di “prima” e “dopo” applicati ad eventi distanti sono concetti relativi.

b) Tutti gli orologi su astronavi in movimento rispetto a un osservatore sembreranno più lenti dell’orologio dell’osservatore. Per oggetti in moto il tempo misurato risulta rallentare.

c) Tutti i regoli per la misura delle lunghezze su astronavi in movimento rispetto ad un osservatore appariranno più corti di quanto apparirebbero se si trovassero in quiete nel sistema di riferimento dell’osservatore. Gli oggetti misurati mentre sono in movimento risultano contrarsi.

d) Tutti gli oggetti dotati di massa diventano tanto più pesanti quanto più elevata è la loro velocità. Mentre si approssimano alla velocità della luce, il loro peso tende all’infinito. Perciò solo oggetti privi di massa, come la luce, possono muoversi alla velocità della luce.

Questi, che sembrano paradossi, sono eventi misurabili e provati nei laboratori di fisica o nelle navicelle spaziali. Ad esempio, quando gli elettroni, che in quiete hanno una massa 2000 volte inferiore a quella dei protoni, vengono accelerati alla velocità della luce, vengono ad avere una quantità di moto (e quindi massa) equivalente a quella dei protoni. Su uno Shuttle, che si muove attorno alla Terra alla velocità di circa 8km al secondo, gli orologi rallentano di meno di un decimilionesimo dell’un per cento rispetto a orologi uguali rimasti sulla Terra.

Sul sito Studia Rapido leggi La Teoria della Relatività Generale