Relatività - Concetti principali

La relatività

Con Einstein nasce la relatività. Essa si divide in ristretta (legata solo ai sistemi di riferimento inerziali) e generale (legata ai sistemi di riferimento accelerati).
Con la relatività ristretta il concetto di moto diventa relativo all’osservatore. Già Galileo Galilei aveva affermato che lo spazio e la velocità fossero grandezze variabili in base al sistema di riferimento, al contrario dell’accelerazione che non variava in base al sistema di riferimento (quindi al contrario delle leggi della dinamica), ma queste trasformazioni non andavano bene con le leggi di Maxwell dell’elettromagnetismo. Le trasformazioni di Galileo Galilei allora vennero sostituite dalle leggi di Lorentz che introducevano il fattore Lorentziano o relativistico:

A questo punto Einstein estende il principio della relatività Galileiana con il 1° postulato della relatività ristretta per cui tutte le leggi della fisica sono valide nei sistemi di riferimento inerziali (quindi non più solo quelle della dinamica Newtoniana come per Galileo Galilei).
Con la relatività ristretta cambiano i concetti di tempo e spazio, fino ad allora assoluti: diventano relativi. Il 2° principio della relatività ristretta infatti, affermando che la luce viaggia a velocità

costante: ( è la lettera con cui si indica la velocità della luce) =3x108 m/s e che tutti gli osservatori misurano la stessa , implica la variazione dello spazio e del tempo quando un corpo si muove a velocità : i tempi si dilatano e le lunghezze si contraggono.
Altri concetti diventano relativi: la simultaneità, la massa e la quantità di moto. Si farà, infatti, la differenza tra e : è la quantità di materia contenuta nel corpo, è la resistenza che il corpo oppone al moto, cioè alla variazione di velocità. Per questo motivo diventa

Quindi la massa di un corpo aumenta all’aumentare della sua velocità. Perciò se viene compiuto un lavoro su un corpo, una parte del lavoro aumenta la velocità, l’altra parte la massa; perciò la massa è un’altra forma di energia e da ciò la famosa formula

, se il corpo è in quiete e questa relazione fa vedere come un corpo possegga energia anche in quiete.
A questo punto Einstein si chiese se fosse possibile che i sistemi di riferimento inerziali fossero “privilegiati” rispetto a quelli accelerati e la risposta fu “no, non lo sono”. Einstein affermò che è impossibile distinguere accelerazione e gravità in maniera oggettiva con un semplice esempio: le masse in un razzo sulla terra sono sottoposte alla forza di gravità verso il basso, le masse in un razzo nello spazio che si muove con sono sottoposte anch’esse alla stessa forza che va verso il basso; se nel primo razzo lancio un libro, questo cade seguendo una traiettoria parabolica e la stessa la segue un libro lanciato nel secondo razzo. I fenomeni fisici sono gli stessi. Da ciò nasce il principio di equivalenza einsteiniano forte: in una regione limitata dello spazio-tempo, tutti gli esperimenti fisici eseguiti in un campo gravitazionale o in un opportuno sistema di riferimento accelerato forniscono risultati identici.
E questo è il principio di equivalenza classico, o debole: la massa inerziale e quella gravitazionale di un corpo sono uguali mi=mg.
Einstein scoprì inoltre che la gravità devia la luce e deforma la curvatura dello spazio-tempo: più un corpo è massiccio, più la curvatura è marcata. Gli oggetti determinano la geometria dello spazio-tempo ed esso determina il loro moto.