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La Relativita' di Einstein

Cultura

LA TEORIA DELLA RELATIVITA' GENERALE

Il sistema di posizionamento satellitare GPS funziona solo se si tiene conto della Relativita' Generale. Ma di cosa si tratta? La Teoria della Relativita' e' un colossale edificio concettuale sorto in Germania all'inizio del '900. Questo straordinario modello della realta' e' diventato imprescindibile per lo sviluppo della fisica teorica e ha introdotto nella scienza, e in parte nel comune sentire, concetti apparentemente assurdi, del tutto contrari all'intuizione e persino alla logica.

Secondo Einstein, l'ideatore della Teoria della Relativita', lo spazio ed il tempo si deformano in prossimita' di corpi molto massicci (stelle, pianeti, etc.) oppure quando un corpo si muove a una velocita' tanto elevata da essere comparabile a quella della luce. In tali situazioni lo spazio si accorcia ed il tempo rallenta. Questi singolari fenomeni di deformazione dello spazio e del tempo sono tanto piu' pronunciati quanto piu' e' forte l'attrazione gravitazionale o elevata la velocita'. Siccome le distorsioni di spazio e tempo  sono legate tra loro, si preferisce considerare le due entita' come un'unica realta' chiamata spaziotempo che possiamo dunque considerare come qualcosa di elastico. E' importante sottolineare come ad accorgersi della deformazione dello spaziotempo non e' l'osservatore che si trova nei pressi di un corpo massiccio o che si muove a forte velocita', ma soltanto chi osserva dall'esterno. Se viaggiassimo su un'astronave proiettata a velocita' prossima a quella della luce, percepiremmo le dimensioni nostre e della navicella cosi come l’avanzare dei nostri orologi come assolutamente normali, ma chi ci osservasse dall'esterno vedrebbe la navicella accorciarsi e noi che la occupiamo muoversi al rallentatore. Il discorso e' analogo per la gravita'. Per quale ragione gravita' e velocita' estreme hanno questo effetto? Lo spaziotempo si comporta come un telo elastico modificando la propria forma nei pressi di corpi molto massicci. Se la massa di un corpo supera una certa soglia, lo spaziotempo finisce col chiudersi su se stesso, diventando una trappola da cui neppure la luce puo' fuggire una volta che ci e' caduta dentro: un buco nero. Gli effetti della relativita' legati alla velocita' di spostamento stabiliscono inoltre una specie di limite naturale di velocita'. Piu' acceleriamo e piu' l'universo ci rema contro rallentando sempre piu' il nostro ritmo interno, fino a che, raggiunta la velocita' della luce, il tempo si arresta completamente. Cio' rende quella velocita' la massima raggiungibile in assoluto. Avvicinandoci a tale limite assisteremmo anche ad un altro strano fenomeno: la massa della navicella aumenterebbe sino a diventare infinita in corrispondenza della velocita' della luce. Anche tale circostanza suggerisce che la elocita' della luce sia un limite non travalicabile.
Albert Einstein
Formula semplificata della Relativita' Generale
C'e' un altro fatto rilevante riguardo la velocita' della luce. Quando due paracadutisti si buttano insieme, ciascuno vede l'altro quasi fermo. Invece, per chi li sta guardando da terra, essi stanno cadendo a folle velocita'. Insomma: un oggetto si muove a diverse velocita' in base al punto di osservazione dal quale scelgo di guardarlo. Si tratta di un fatto ovvio, tutti ne abbiamo fatto esperienza e vale qualunque sia l'oggetto osservato. Ma non per la luce! Se, per raggiungere un raggio di luce e vederlo un po' rallentato, provassimo a muoverci a una frazione della sua velocita', magari a bordo di una potente navicella spaziale, non otterremmo un bel niente. Come detto prima la natura ci rema contro compensando perfettamente la nostra velocita'. In breve: piu' rapidamente corriamo e piu' intensamente gli effetti effetti relativistici (massa che cresce, tempo che rallenta, spazio che si contrae) ci fanno da zavorra. La luce si muove sempre alla stessa velocita' a prescindere da quanto spedita sia la nostra andatura! Ecco perche' si dice che  con la Relativita' di Einstein la velocità della luce viene elevata a costante universale: perche' e' la stessa per qualsiasi osservatore. Allo stesso tempo lo spazio ed il tempo sono state declassate, da entita' assolute e immutabili a qualcosa di relativo. Dunque con la Relativita', la luce non e' soltanto una semplice comparsa nell'immenso film dell'Universo, ma interpreta un ruolo unico e speciale.
Il pensiero di Einstein
La Relativita' Generale
Il ruolo eccezionale riservato alla velocita' della luce emerge anche in un altro contesto: dicendo che, a grandi velocita', la massa aumenta non si intende certo dire che viene creata dal nulla. Ma allora da cosa e' originata? Ad essere convertita in massa e' semplicemente parte dell'enorme energia spesa dalla navicella spaziale per l'accelerazione. Einstein nella sua titanica opera di riformulazione dei concetti fondamentali della fisica scopre che massa ed energia, fino ad allora considerate del tutto indipendenti, sono in realta' convertibili una nell'altra (come accade per esempio nelle esplosioni nucleari) secondo la celebre legge E=mc2. In questa formula E e' l’energia, m e' la massa mentre c elevato al quadrato e' il fattore di conversione tra le due. Ebbene c rappresenta esattamente la velocita' della luce, che diventa cosi il ponte che mette in comunicazione massa ed energia.
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