La Relatività

La Relatività

Supponiamo che una persona A cammini a velocità v su un treno che viaggia nella stessa direzione a velocità u; la velocità di A rispetto a un osservatore B che si trovi fermo a terra è allora:

V = u + v

Più in generale, supponiamo che un punto si muova a velocità v in un sistema di riferimento xoy, che a sua volta si muove con velocità costante u rispetto a un secondo sistema di riferimento XOY; il moto del punto osservato in quest'ultimo sistema di riferimento avviene con velocità V = v + u. Questa relazione, che ovviamente può essere generalizzata e applicata a sistemi di riferimento tridimensionali, prende il nome di legge della composizione delle velocità ed è dovuta a Galileo. La conseguenza immediata della legge è che l'accelerazione dei due punti è la stessa, cioè a=A, indipendentemente dal sistema di riferimento che si consideri; da ciò si può dedurre che la seconda legge di Newton (F=m*a) assume la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento inerziali, ovvero in moto relativo rettilineo uniforme. Il contenuto del principio di relatività galileiano può essere esteso affermando che le leggi della meccanica classica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali; ciò implica che non è possibile realizzare nessun esperimento che ci permetta di decidere se un sistema di riferimento è fermo o in moto rettilineo uniforme.

La scoperta che le equazioni di Maxwell, descrittive di tutti i fenomeni di natura elettromagnetica, non sono invarianti per trasformazioni di Galileo indusse Albert Einstein a sostituire le leggi galileiane con un nuovo insieme di relazioni, introdotte da Lorentz in base a considerazioni matematiche, e a porre le basi della teoria della relatività. Le trasformazioni di Lorentz implicano una completa revisione dei concetti classici di spazio e di tempo: negando l'esistenza di uno spazio e di un tempo assoluti, che sono a fondamento della meccanica classica, esse infatti richiedono una nuova definizione del significato di distanza e di contemporaneità. Due orologi che risultano sincroni quando sono in quiete l'uno rispetto all'altro, funzionano a velocità diverse se si muovono di moto relativo. Analogamente due barre di identica lunghezza sono diverse se sono in movimento relativo. Lo spazio e il tempo divennero così le quattro coordinate dell'iperspazio in cui si collocano tutti i fenomeni fisici.

Conseguenze importanti della relatività di Einstein sono l'equivalenza tra massa ed energia e l'esistenza di un limite superiore per la velocità dei corpi, dato dal valore della velocità della luce c. La meccanica relativistica, che può spiegare il moto di corpi dotati di velocità prossima a quella della luce, si riduce alla meccanica newtoniana per la descrizione dei fenomeni che avvengono a velocità trascurabili rispetto a c.

Nel 1915 A. Einstein generalizzò la teoria della relatività a sistemi di riferimento in moto accelerato.