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Relatività - Introduzione |
Già ai tempi di Newton, si aveva qualche idea, incompleta, della relatività. In quel periodo, la relatività era coinvolta nella trasformazione da un sistema di riferimento ad un altro in moto rispetto al primo. La trasformazione non era completamente corretta, ma sembrò essere tale nel dominio delle basse velocità.
Ecco un esempio. Si considerino due osservatori, Tu ed Io. Diciamo che io sono su un treno che ti sorpassa a 50 Km/h. Io lancio una palla nella direzione e verso di movimento del treno, la palla si muove a 15 Km/h secondo il mio riferimento. Ora si consideri un punto di riferimento sui binari. Tu vedi inizialmente la palla muoversi alla stessa velocità cui mi sto muovendo io, in seguito io lancio la palla ed essa, per te, si sta muovendo più velocemente di me. Ovviamente, sembra come se la velocità della palla rispetto a te sia proprio la velocità della palla rispetto a me più la mia velocità rispetto a te. Così la velocità della palla rispetto a te risulta essere pari a
Questa fu la prima, semplice idea per la trasformazione delle velocità da un sistema di riferimento ad un altro. In altre parole, questa fu parte del primo concetto di relatività.
Ora vi spiegherò un importante postulato che conduce al concetto di relatività che noi utilizziamo oggigiorno, credo che vi sembrerà abbastanza ragionevole: "Le leggi della fisica sono le stesse in ogni sistema di riferimento inerziale." Ciò significa che se si osserva una legge fisica in un qualche evento nel proprio sistema di riferimento, allora un osservatore in un sistema di riferimento in moto a velocità costante rispetto al tuo, deve rilevare anche lui la validità di tale legge fisica applicata a quella situazione.
Un risultato molto interessante si ha quando si applica questo postulato alle leggi
della elettrodinamica. Ciò che si scopre è che per fare in modo che tale leggi siano le
stesse in ogni sistema di riferimento, occorre essere sicuri che la velocità delle onde
elettromagnetiche (tale è la luce) sia la stessa per tutti gli osservatori posti in
sistemi di riferimento inerziali. Tale fatto ha delle conseguenze estremamente importanti.
Supponiamo di lasciar prendere il posto della palla dell'esempio precedente ad un raggio
di luce. Se il treno si muove ad una velocità pari a metà di quella della luce, ci si
potrebbe aspettare di vedere il raggio di luce (che viaggia alla velocità della luce
rispetto al treno) come se si stesse spostando con velocità pari ad una volta e mezzo la
velocità della luce rispetto ad un osservatore esterno. Ecco, questo non è vero. Il
vecchio concetto di relatività dei tempi di Newton (la Relatività Galileiana) non è
applicabile in questo caso. Ciò che occorre tener presente in questa situazione sono i
fenomeni di dilatazione del tempo e di contrazione dello spazio.
Tali fenomeni avvengono quando si sta trattando oggetti che si stanno spostando a
velocità paragonabili alla velocità della luce (e delle onde elettromagnetiche in
generale).
Come ho detto prima, la dilatazione temporale e la contrazione delle lunghezze sono conseguenze della relatività e il fattore che determina l'ampiezza di tali modificazioni è chiamato Gamma.
Per un oggetto che si sposta a 0,6c, Gamma vale 1,25. Le lunghezze sono contratte e il tempo dilatato (come sembra ad un osservatore esterno) di un fattore
Gamma è un numero importante in relatività, e ricomparirà in altre conseguenze della teoria.
Un'altra grandezza che varia al variare di Gamma è la massa. Infatti quando un viaggiatore si avvicina alla velocità della luce rispetto ad un osservatore, questi vede aumentare la massa del viaggiatore. La massa vista dall'osservatore (che chiamerò la massa osservata) è data da
Tale massa osservata tende all'infinito per velocità tendenti a quella della luce (rispetto all'osservatore).
Queste sorprendenti conseguenze della relatività hanno, naturalmente basi sperimentali che eviteremo di trattare per brevità.
In ogni caso esistono pochi esempi che danno credibilità alla teoria della relatività. Le sue predizioni si sono dimostrate essere vere in molti casi e, ad oggi, non esiste alcuna prova contraria a tale teoria.