Relatività ristretta e relatività generale
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Redazione - Scienza e Conoscenza - 01/01/2016
La teoria della relatività ristretta o speciale fu pubblicata da Einstein nel 1905.
La teoria di Einstein è basata su due postulati fondamentali:
1) Le leggi della fisica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali. Non esiste un sistema inerziale privilegiato (Principio di relatività);
2) La velocità della luce nel vuoto ha lo stesso valore c in tutti i sistemi inerziali (Principio della costanza della velocità della luce).
Con soli questi due postulati Einstein rivoluzionò il mondo fisico, quello che resta ora da fare è determinare le nuove equazioni di trasformazione dello spazio e del tempo, note come Equazioni di Lorentz, e mostrare come esse derivino direttamente dai due principi suddetti e come comprendano le trasformazioni di Galileo, come caso particolare, quando la velocità v del sistema è molto minore della velocità della luce c.
Relatività generale
La teoria della relatività ristretta permette la descrizione dei fenomeni meccanici ed elettromagnetici mediante leggi valide qualunque siano gli osservatori solo se essi sono dotati di moto rettilineo uniforme. Per eliminare questa limitazione, nel 1915, Einstein generalizzò la sua teoria in modo da renderla utilizzabile indipendentemente dal moto dell'osservatore. Il punto di partenza dello scienziato fu il campo gravitazionale. Consideriamo una zona di spazio priva di forze gravitazionali ed in essa una astronave con un osservatore.
Se la navicella inizia a muoversi verso l’alto con moto uniformemente accelerato e l’osservatore lascia una sfera, questa risentirà dell'accelerazione e dopo che il pavimento l'avrà raggiunta eserciterà sullo stesso una forza pari al prodotto della sua massa per l'accelerazione del sistema. L’osservatore vedrà invece cadere la sfera sul pavimento e giungerà alla conclusione di trovarsi in una zona soggetta ad un campo gravitazionale costante nel tempo. Si può allora affermare che il campo gravitazionale apparente, prodotto da un semplicissimo moto accelerato, non è distinguibile da un vero campo dovuto all’attrazione di una massa. In questa conclusione risiede il principio d’equivalenza tra gravità e accelerazione: Un campo gravitazionale omogeneo è del tutto equivalente ad un sistema di riferimento uniformemente accelerato.
La teoria generale della relatività deriva direttamente dal principio di equivalenza e permette di ricavare teoricamente le proprietà del campo gravitazionale, la sua influenza sui fenomeni naturali e di formulare le leggi cui obbedisce il campo gravitazionale stesso. Il procedimento che porta però alla formulazione di tali leggi impone di abbandonare la concezione comune dello spazio a tre dimensioni; esso diviene, infatti, uno spazio curvo per la cui rappresentazione viene impiegato un diverso sistema di coordinate dette Gaussiane. In questo modo il principio di relatività diviene: Tutti i sistemi di coordinate sono equivalenti per principio per formulare le leggi generali della natura. La gravità è interpretata come effetto "geometrico". La materia presente determina infatti la "curvatura" dello spazio-tempo. Lo spazio-tempo è una entità a quattro dimensioni (tre spaziali + una temporale) che sostituisce lo spazio ed il tempo assoluti della teoria newtoniana. Non solo lo spazio ed il tempo non sono più assoluti ma sono pure intrinsecamente connessi. Attualmente grazie alla soluzione "dell'equazione di campo" einsteiniana è possibile stabilire, nota la distribuzione di massa, la curvatura spazio-tempo in una determinata regione dell'universo, prevedere la deflessione della luce in prossimità di grandi masse, il moto del perielio delle orbite planetarie e lo spostamento verso il rosso della luce prodotta da sorgenti luminose gravitazionali.
