La teoria, di Einstein, della relatività ristretta.
Concetto strano: l’universo si “flette”
Da Euclide a Newton, una delle caratterizzazioni dello spazio geometrico era costituita dalla sua uniformità in qualunque punto, senza alcuna variazione; Einstein elaborò poi la teoria della “curvatura dello spazio universale”.
L’esistenza si sviluppa in un ambiente a quattro dimensioni, tre sono “visibili” e di natura geometrica (lunghezza, larghezza e altezza), della quarta ne subiamo gli effetti attraverso il suo trascorrere, ed è il tempo: il complesso di queste 4 entità, 3 spaziali ed una temporale, costituisce lo “spaziotempo”. Supponiamo di disporre un oggetto qualsiasi nella zona centrale del materasso di un letto; è ovvio che sotto l’azione di una tale sollecitazione costituita dall’oggetto, la zona centrale del materasso subirà flessione ovvero “si piegherà”; una pallina fatta rotolare verso la zona centrale, si dirigerà sull’oggetto, dunque la curvatura del materasso fungerà da agente causante l’attrazione del corpo ed il suo dirigersi nel punto centrale. Adesso esplicitiamo una similitudine, una proporzione: il Sole corrisponde all’oggetto, mentre al materasso associamo l’”ambiente” ovvero lo spazio; l’oggetto deforma il materasso, similmente il Sole agisce da ente pressante lo spazio, causandone la deformazione. Pertanto, questo è l’aspetto “sconvolgente”, la gravità non rappresenta una Forza (il Peso ossia la Forza di gravità) bensì esprime una “flessione” ossia una curvatura dello spaziotempo! Immaginiamo un tessuto elastico (l’Universo) al di sopra del quale disponiamo un corpo, un oggetto qualunque (i corpi celesti, Pianeti, Sole, Stelle... ed anche un pesantissimo ed estesissimo buco nero che rappresenta una sorta di vortice inghiottente tutto quel che incontra): tali cause deformanti lo spaziotempo sortiranno l’effetto di far nascere un tunnel, lungo esso sarà possibile viaggiare percorrendo l’Universo. Secondo una teoria illustrativa delle sue caratteristiche, si espande, simultaneamente si verifica una espansione dello spaziotempo. Per diversi secoli è risultata accettata un’altra teoria, definita: “dello stato stazionario”, ipotizzava l’Universo sarebbe rimasto pressoché invariato sin dalla origine, ma la scoperta della continua espansione dello spazio universale, ha minato le fondamenta di tale pensiero scientifico. Dunque, i cosmologi attualmente sostengono la teoria del “big bang”, grande scoppio presumibilmente avvenuto dai 12 ai 15 miliardi orsono, causante la nascita dell’Universo e provocante l’espansione, la “dilatazione”. Da Euclide sino a Newton, una delle caratterizzazioni dello spazio geometrico era costituita dalla sua uniformità in qualunque punto, senza alcuna variazione; Einstein elaborò la teoria della “curvatura dello spazio universale” a causa delle masse in esso “rinchiuse”. Tale flessione è provocata non soltanto dalle masse, ma anche dai fotoni (i raggi luminosi): l’esattezza di questa teoria fu sancita intorno agli anni ’20, attraverso l’osservata deviazione subita dai raggi luminosi allorquando essi transitavano nelle adiacenze di una stella, pertanto le traiettorie dei fotoni venivano deviate con le stesse modalità della deviazione del percorso praticato dalle masse. Ma quale futuro è riservato all’Universo? Anche in questo caso esistono 2 alternative, a livello di teorie: 1) l’”allargamento” proseguirà in maniera costante, per cui il cosmo si raffredderà a causa di questa espansione, le stelle non emetteranno luce, giungerà l’ora del loro totale spegnimento: a quel punto la materia scomparirà e resterà soltanto una radiazione fredda la cui temperatura attingerà appena qualche grado al di sopra dello “zero assoluto” (corrispondente a –273 gradi centigradi), pertanto avverrà la “morte della materia”. Esiste un’altra possibilità, assai più devastante: l’espansione si fermerà, si originerà una contrazione dalla quale scaturirà un enorme incremento di temperatura che sortirà l’effetto di “schiacciare”, di far implodere l’universo; i cosmologi definiscono “big crunch” questa grande compressione, poi in seguito potrebbero alternarsi una infinità di “bang” e “crunch”, di esplosioni e di implosioni. Se riuscissero a calcolare la massa complessiva del cosmo, i fisici potrebbero sancire quale delle due evenienze sia quella con maggior percento di probabilità del verificarsi. Dunque, la quaterna di dimensioni racchiusa nel termine “spaziotempo”, equivale al concetto che spazio e di tempo non possono essere considerate entità singole ed assolute: spazio e tempo sono concetti coesi e relativi! La Teoria della Relatività Ristretta (definita anche “Speciale”) formulata da Einstein nel 1905, si applica ai sistemi che si muovono con moto rettilineo ed uniforme ossia con velocità invariata. In seguito venne estesa, attraverso la Teoria della Relatività Generale, ai sistemi mobili con generico movimento,dunque anche ai sistemi accelerati. Premettiamo che i sistemi di riferimento inerziali sono sistemi che: “sono fermi” (in quiete) oppure “viaggiano di moto rettilineo uniforme” (a titolo di esempio, un ascensore), tenendo ben presente che la valutazione dello stato di assenza di moto oppure di mobilità, va fatta rispetto ad un sistema di riferimento “che osserva”, dunque in assoluto nessun corpo “sta fermo” o “si muove”. Noi, seduti su una sedia, siamo fermi rispetto alla parete in quanto conserviamo la medesima distanza al trascorrere del tempo, ma rispetto al Sole ci muoviamo in quanto partecipiamo al moto terreste. La Teoria della Relatività Ristretta tratta fenomeni che avvengono in sistemi di riferimento inerziali, e si basa essenzialmente su 2 postulati (assiomi, ovvero verità che accettiamo senza poterle dimostrare;per esempio:“una retta è formata da infiniti punti”, come potremmo contare una idea? Perché in effetti l’infinito non è un ente numerico, è una idea). Il primo postulato stabilisce che tutte le leggi della Fisica sono le stesse nei sistemi di riferimento inerziali e rappresenta sostanzialmente una estensione a tutte le leggi della natura del principio di Relatività di Galileo (sanciva che le sole leggi della Meccanica dovessero valere per i sistemi di riferimento inerziali).Questo significa che i risultati di un esperimento devono essere i medesimi, qualora venissero valutati rispetto ad un sistema riferimento mobile di moto rettilineo uniforme, oppure fermo.Il secondo postulato, noto come principio di costanza della velocità della luce, afferma che la luce si propaga nel vuoto con una velocità finita (c), pari a: c=300.000 chilometri al secondo, ed è la velocità massima attingibile da un corpo o da una informazione; inoltre c è svincolata da qualunque sistema di riferimento, nel senso che il suo valore è una caratteristica che permane non dipendendo da alcuna struttura od elemento. I 2 postulati di Einstein dunque non possono essere dimostrati, ma le conferme di validità d’essi sono state riscontrate attraverso molte osservazioni e parecchi dati sperimentali, inoltre i 2 assiomi hanno sensibilmente mutato le nozioni di spazio e di tempo. Uno dei notevoli esiti della Teoria della Relatività Ristretta consiste nell’aspetto della estimazione di 2 eventi: avvengono simultaneamente rispetto ad un sistema di riferimento, ma i medesimi 2 eventi possono non presentarsi contemporaneamente in un diverso sistema di riferimento. Ed ancora: insieme ai 2 assiomi, nel 1905 -Annus mirabilis, Anno portentoso ricco di trattati ed elaborazioni- Einstein scoprì l’equivalenza tra massa ed energia: E=mc²; poi definita “la formula più famosa della storia della Fisica” (questa “relazione di Einstein”, in realtà venne palesata nel 1903 da uno sconosciuta genialità, Olinto De Pretto; cfr. “Albert Einstein e Olinto De Pretto: La vera storia della formula più famosa del mondo”. Autore: Umberto Bartocci. Editrice: Andromeda, 1999). Altre conseguenze sono fornite dal considerare il punto di vista correlato alle velocità relativistiche, ossia paragonabili alla velocità c della luce: a tali “iper vertiginose” velocità si riscontrano una dilatazione del tempo ed una contrazione delle lunghezze, fenomeni caratteristici dell’“ambiente quadridimensionale” spaziotempo. Questi temi li affronteremo nel prossimo articolo.
Giuffrida Farina
