Introduzione alla relatività

Ogni teoria scientifica dopo aver passato il vaglio dell’evidenza sperimentale, per essere veramente una valida teoria, deve essere il più semplice ed elegante possibile oltre che comprendere il maggior numero di fenomeni fisici.
Il progresso della conoscenza umana tende asintoticamente, quindi senza mai raggiungerla, alla certezza. La questione dell’approssimazione è più fondamentale e intrinseca di quanto possa sembrare, infatti grazie al teorema di indeterminazione di Heisenberg si dimostra scientificamente la limitatezza della conoscenza umana. Ma qui si vuole parlare della teoria della relatività che è altrettanto interessante.
La relatività si preoccupa di come cambiano le descrizioni dei fenomeni fisici passando da un sistema di riferimento ad un altro. La relatività ristretta analizza solo sistemi di riferimento inerziali, cioè in moto rettilineo uniforme uno rispetto all’altro. La relatività centra poco o niente con il relativismo. È riduttivo affermare che relativo significhi che una cosa è diversa dal punto di vista in cui la guardi. In verità se due eventi sono simultanei in un sistema di riferimento, possono benissimo non esserlo in un altro, ma i postulati della relatività garantiscono che le relazioni causali tra gli eventi non vengano sconvolte, ad esempio.
La teoria della relatività può sembrare inusuale e controintuitiva, ma è in realtà la teoria classica ad essere molto meno plausibile. Per esempio prima non c’era una velocità limite, si sarebbero potute quindi comporre le velocità fino a rendere la comunicazione praticamente istantanea. Molto meglio pensare che siamo limitati ad una velocità grande, ma non infinita c che coincide con la velocità della luce nel vuoto. Questo non significa che la relatività galileiana è da buttare, anzi, la ritroviamo come ottima approssimazione quando le velocità trattate sono molto minori di quella della luce, come accade nella vita di tutti i giorni. La stessa relatività ristretta fa parte di un quadro più grande, la relatività generale che tiene conto, inoltre, della deformazione dello spazio che il campo gravitazionale genera.
Questa importante teoria nasce da un problema di simmetria. Ai fisici le simmetrie piacciono parecchio, tanto da essere sfruttate per unificare diverse classi di fenomeni sotto la stessa teoria. Per spiegarmi meglio prendiamo proprio il caso della relatività ristretta.
Si era arrivati ad un certo punto in fisica classica in cui le leggi della dinamica erano le stesse in tutti i sistemi di riferimento, o usando un lessico più tecnico, covarianti. Ma dopo che Maxwell racchiuse tutti i fenomeni elettrodinamici in quell’elegante scrigno che sono le sue quattro equazioni, si pose il problema che queste non lo erano. Non era forse più logico pensare che tutte le leggi fisiche, non solo quelle dinamiche, fossero le stesse in tutti i sistemi di riferimento? Ma questo voleva dire che le trasformazioni di Galileo e la meccanica che funzionava così bene fossero sbagliate. Il mio professore diceva sempre che una teoria scientifica nasce come un’eresia e muore come un pregiudizio. Per questo prima si pensò che esistesse un sistema privilegiato in cui valevano le equazioni di Maxwell ed in cui la velocità della luce fosse c. Di tutto pur di non rinunciare alle trasformazioni di Galileo.
A prezzo di saldi principi come potevano essere la simultaneità e la conservazione delle lunghezze, abbiamo potuto elaborare una teoria molto più completa e sensata. Ad esempio la forza di Lorentz, a cui è sottoposta una particella carica è data dalla somma di un termine elettrico e uno magnetico. Quest’ultimo dipende dalla velocità della particella e quindi la forza a cui è sottoposto sembrerebbe dipendere dal sistema di riferimento. La teoria della relatività ristretta risolve il problema trovando che cambiando il sistema di riferimento il termine elettrico e magnetico variano in modo tale che la forza sulla carica sia sempre la stessa. A dir poco affascinante.


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