Einstein: La Teoria della Relatività
Un primo principio di relatività era stato espresso già da Galileo.
Se su una nave che procede con un movimento uniforme, lasciamo cadere un grave, esso precipiterà con un moto perpendicolare alla nave.
Se lo stesso fenomeno viene invece osservato da terra, il moto del grave sarà determinato dalla somma del sua caduta perpendicolare alla nave e dal moto della nave stessa.
Ma un osservatore che si trova sulla nave, da questo esperimento non può assolutamente comprendere se la nave è in moto o è ferma: il grave si comporta allo stesso modo in entrambi i casi.
Così, sulla Terra, non è possibile dimostrare se questa è ferma o se si muove intorno al Sole, tutto dipende da quale sistema di riferimento si assume.
Galileo utilizzava questo argomento per rispondere alle obiezioni dei tolemaici che sostenevano che se la Terra si muovesse intorno al Sole i gravi non potrebbero cadere perpendicolarmente.
Ma per Galileo il moto di un grave non è assoluto, dipende dal sistema di riferimento.
Questa teoria, denominata della relatività classica, ha poi avuto conferme anche attraverso il principio di inerzia newtoniano.
Il principio della relatività classica di Galileo e Newton, per cui il moto di un grave non è assoluto, ma dipende dal sistema di riferimento che si assume, è stato ripreso e ampliato da Einstein.
Lo scienziato tedesco (1879-1955) ha esteso questo concetto non solo alla meccanica, ma a tutti i fenomeni fisici, ottici e elettromagnetici.
Per Einstein la propagazione della luce nel vuoto avviene a velocità costante, indipendentemente dal fatto che la fonte luminosa, o l'osservatore, siano fermi o in movimento.
Da ciò consegue che sia lo spazio che il tempo sono due concetti relativi, in altre parole, non si possono considerare indipendentemente dal moto di un corpo.
Due eventi che avvengono contemporaneamente all'interno di un sistema di riferimento, per esempio, possono non esserlo rispetto a un altro sistema di riferimento.
O ancora, il tempo, in un sistema di riferimento fermo, passa più velocemente che in un sistema di riferimento in moto.
Le conseguenze della relatività einsteniana sono difficili da comprendere: se un'astronauta viaggiasse alla velocità della luce per un breve periodo, per esempio, quando tornerebbe sulla Terra per lui sarebbero passati pochi istanti, mentre sulla Terra sarebbero passati molti anni.
L'universo di Newton basato sulla geometria di Euclide e sui concetti assoluti di spazio e tempo, si trasforma in un universo differente: ogni evento non avviene più nello spazio in un preciso momento, come siamo portati a immaginare, ma in uno spazio-tempo relativo, dove la costante è la velocità della luce.
L'universo di Newton, basato sulla geometria di Euclide e sui concetti di spazio e tempo assoluti, viene profondamente modificato dalla teoria di Einstein. Ogni evento non avviene più nello spazio in un preciso momento, come siamo portati a immaginare, ma in un tempo-spazio relativi. Il tempo, come la massa e la lunghezza, dipendono dal sistema di riferimento che si assume. Il tempo è soltanto una componente locale del moto. Un orologio che si trova in un sistema di riferimento fermo e un orologio in un sistema di riferimento in movimento, procedono in modo differente. Più aumenta la velocità, più l'orologio rallenta. Per questo se un astronave potesse viaggiare alla velocità della luce, dopo un viaggio molto breve, tornerebbe sulla Terra trovandola invecchiata di molti anni.
La velocità della luce non è più un fatto fisico, ma una costante che determina la misura dello spazio-tempo.
L'universo di Einstein è curvo, non esistono le rette dello spazio euclideo. La luce, composta da particelle chiamate fotoni, come tutta la materia è soggetta alla forza di gravità. Questa teoria ha avuto anche delle conferme empiriche. Nel 1921, durante un'eclissi di Sole, è stato effettuato un esperimento che ha mostrato come un raggio luminoso proveniente da una stella lontana, passando vicino al Sole, subisce una leggera deviazione per effetto del campo gravitazionale. Questo rende curvo lo spazio e, di conseguenza, la luce devia.
Il tentativo di Einstein è stato quello di giungere a una teoria unificata del campo che eliminasse il binomio materia-campo: L'energia è uguale alla massa moltiplicata per il quadrato della velocità della luce. (E = mc², formula di Einstein).
E : è la misura dell'energia
m : è la misura della massa
c : è la velocità della luce