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Relatività, non è così complicata come sembra

Se si cita la relatività vengono in mente tante cose, \(\mbox{E}=mc^{2}\), Einstein, ma soprattutto il pregiudizio di una teoria complicatissima, ma è davvero così?. In realtà la relatività al di là delle equazioni e della matematica, è una teoria contro intuitiva ed il motivo è presto detto, per rendere gli effetti evidenti dovremmo vivere a velocità prossime a quelle della luce.

La relatività si basa su 3 postulati fondamentali:

  • Velocità della luce costante in tutti i sistemi di riferimento
  • Principio di equivalenza
  • Spazio e tempo relativi (rispetto all’osservatore)

La velocità della luce

Sappiamo che la luce viaggia ad una velocità finita, intorno ai 300.000 Km al secondo, una velocità enorme, ma la sua particolarità è che essa è un limite invalicabile. Esempio: se ci troviamo su un treno che viaggia a 80Km/h e lanciamo una pallina a 10km/h verso la testa del treno, questa per il lanciatore che è sul treno avrà una velocità di 10km/h, ma per una persona ferma (rispetto al treno) che osserva il treno dall’esterno la pallina avrà una velocità di 80 + 10 = 90km/h. Questo però non accade per la luce, se al posto della pallina ci mettiamo un raggio di luce, questo avrà la stessa velocità sia per chi sta sul treno (lanciatore di palline, in questo caso fotoni), sia per l’osservatore esterno. Chi ci dice che questa cosa è vera? Michelson e Morley, questi due scienziati nel 1887 fecero un famoso esperimento, di per se molto semplice, aspettandosi che la luce, in base alle conoscenze che avevano a disposizione, avrebbe dovuto generare un interferenza che non rilevarono. Un raggio di luce sparato verso nord e uno verso est dovrebbero avere velocità diverse (la terra gira su se stessa ed intorno al sole), invece niente la luce aveva la stessa velocità in tutte le direzioni. Einstein partì proprio da questo risultato per formulare la sua teoria.

Il Tempo

Un altro aspetto da chiarire per capire la relatività è il concetto di tempo. Che cos’è il tempo? Il tempo è qualcosa di ritmico che ricorre continuamente, che batte. Noi abbiamo un orologio che di solito ignoriamo, il nostro cuore batte, batte il tempo, se siamo ad esempio annoiati e a riposo batte lentamente, anche la nostra percezione cambia, il tempo non passa mai! Se invece siamo impegnati a fare qualcosa, il tempo passa in fretta, neanche ce ne accorgiamo.

Oppure usando un esempio che fece Einstein, un minuto in compagnia di una bella ragazza dura molto meno rispetto a tenere un minuto la mano sul fuoco.

Gli orologi al quarzo si chiamano così perché battono il tempo basandosi sulle oscillazioni di un cristallo di quarzo, gli orologi atomici invece, tra l’altro gli orologi più precisi che siamo riusciti a costruire, misurano il tempo basandosi sulle oscillazioni di un’atomo, di solito cesio. Il tempo quindi non scorre per tutti allo stesso modo!

 

La dilatazione del tempo ha implicazioni sullo spazio, con pochi semplici passaggi analoghi a quelli che ci hanno portato alla formula della dilatazione del tempo otteniamo la formula della contrazione delle distanze. Ebbene si, lo spazio si contrae, un oggetto in movimento risulta essere più corto rispetto allo stesso in stato di quiete. 
Inoltre, tutto ciò ha anche effetti sul verificarsi degli eventi! Un evento verificatosi simultaneamente per un osservatore può essere sfasato per un altro. Se prendiamo ad esempio la nostra astronave, un evento che si verifica simultaneamente sull’astronave non sarà simultaneo per l’osservatore esterno. Tutti questi effetti ovviamente, nella vita di tutti i giorni non hanno granché rilevanza, gli effetti relativistici diventano evidenti a velocità elevate. Direte voi, a cosa ci serve allora la relatività? In realtà usiamo la relatività tutti i giorni. I vostri smartphone che indicano la vostra posizione con il GPS funzionano proprio grazie alla relatività, il non tener conto degli effetti relativistici non ci permetterebbe calcolare con precisione la nostra posizione, questo perché tutto il sistema funziona misurando il tempo in maniera precisissima, inoltre proprio il GPS è una conferma della validità della teoria relativistica.

Il principio di equivalenza

Ultimo postulato della relatività è il principio di equivalenza, il quale ci permette di spiegare la gravità, secondo tale principio infatti la forza di gravità può essere spiegata come deformazione dello spazio. Se vi trovate in un ascensore senza possibilità di guardare all’esterno, per voi sarebbe impossibile stabilire che un’eventuale  forza sia dovuta ad un’accelerazione oppure al fatto di trovarvi immersi in un campo gravitazionale.

Per farvi un esempio più semplice, un’astronave che viaggia con un accelerazione di 9,8m/s (accelerazione di gravità terrestre) nello spazio, oppure ferma sulla superficie terrestre non farebbe nessuna differenza per gli astronauti a bordo, sarebbero sottoposti alla stessa forza.

Adesso se avete le idee abbastanza confuse vi capisco, la relatività sembra complicata perché è lontana dall’esperienza di tutti i giorni, ma l’universo funziona così 😉