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.
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