LA TEORIA DELLA RELATIVITA’ RISTRETTA

Il fondamento della Relatività Ristretta di Albert Einstein è il secondo postulato:
“la velocità della luce nel vuoto ha lo stesso valore indipendentemente dalla velocità dell’osservatore o dalla velocità della sorgente di luce”.
Se io mi trovo su di un treno che viaggia a 100 kilometri all’ora e, invece di stare seduto, cammino sul treno alla velocità di un kilometro all’ora, la mia velocità rispetto al suolo sarà di 101 kilometri all’ora e la mia velocità rispetto al treno sarà di 1 kilometro all’ora, cioè un osservatore a terra mi vedrà viaggiare a 101 kilometri all’ora ed un osservatore sul treno mi vedrà viaggiare ad 1 kilometro all’ora.
Ciò non vale per la luce: sia un osservatore sul treno, sia un osservatore a terra, vedranno la luce viaggiare alla medesima velocità di 300.000 kilometri al secondo, cioè la velocità della luce non si somma alla velocità della sorgente.
Ciò implica alcune conseguenze notevoli. La prima è che, avvicinandosi alla velocità della luce, il tempo rallenta, da cui il famoso paradosso dei gemelli: uno dei due gemelli parte su un’astronave che viaggia a velocità prossima a quella della luce verso una stella lontana, l’altro resta a terra. Quando il gemello che ha viaggiato torna, é molto più giovane del gemello che è rimasto a terra.
Riporto l’enunciato originale del paradosso formulato da Einstein: “Se un organismo vivente, dopo un volo arbitrariamente lungo ad una velocità approssimativamente uguale a quella della luce, potesse ritornare nel suo luogo d’origine, egli sarebbe solo minimamente alterato, mentre i corrispondenti organismi rimasti, già da tempo avrebbero dato luogo a nuove generazioni”.
In definitiva il tempo misurato da un orologio in movimento scorre più lentamente rispetto al tempo misurato da un orologio fermo, in modo tanto più evidente quanto più velocemente l’orologio si muove.
Il rallentamento del tempo è stato sperimentalmente verificato negli acceleratori di particelle come il CERN di Ginevra: i muoni sono particelle elementari che hanno una vita assai breve, ma, quando vengono accelerati ad una velocità pari al 99,5% di quella della luce, la loro vita media aumenta di 10 volte, ciò perchè per essi il tempo scorre più lentamente.
Un’altra consegueza importante è che il concetto di “simultaneità” di due eventi non ha più un senso assoluto: Se due eventi sono contemporanei per un certo osservatore, non lo sono più per un altro osservatore che sia in moto rispetto al primo.
Siano A e B due lampadine ferme ed equidistanti rispetto ad un osservatore che chiameremo Giuseppe.
Supponiamo che le due lampadine si accendano per un istante. Giuseppe vedrà le due luci nello stesso istante. Sia invece Michele un osservatore in moto rispetto a Giuseppe e che quindi si allontana da una lampadine e si avvicina all’altra. Michele vedrà prima la luce della lampadina a lui più vicina e dopo la luce dell’altra, perchè la velocità della luce è sempre la stessa.
Giuseppe dirà che le due lampadine si sono accese insieme, mentre Michele dirà che si è accesa prima una e poi l’altra. In effetti hanno entrambe ragione.
Un’altra coseguenza notevole è che la velocità della luce è la più alta velocità che può essere raggiunta nel nostro Universo, anzi in verità è un limite irraggiungibile.
300.000 kilometri al secondo sono tanti per cui nell’ambito della nostra esperienza terrena la luce si propaga pressocchè istantaneamente, ma non è più così su scala universale:
Già per giungere dal Sole ai nostri occhi, la luce impiega 8 minuti, per cui l’immagine del Sole che vediamo adesso è in realtà il Sole come era 8 minuti fa.
La stella più vicina a noi (non considerando il Sole) è Proxima Centauri che dista 4,2 anni-luce. Ciò vuol dire che, quando guardo quella stella, la vedo come era circa 4 anni e tre mesi fa, perchè questo è il tempo che la sua immagine ha impiegato per giungere ai miei occhi e quindi al mio cervello. Ma se con lo sguardo vado ad osservare una debole nebbiolina sita nella costellazione di Andromeda, ebbene quella è la galassia di Andromeda (formata da 300 miliardi di stelle) che dista 2 milioni e mezzo di anni luce, quindi la vedo come era 2 milioni e mezzo di anni fa: quando quell’immagine è partita, sulla Terra non c’era ancora l’Uomo!
Dalla Relatività Ristretta deriva anche la equivalenza tra massa ed energia. Se indichiamo con M la massa, con E l’energia e con C la velocità della luce, vale l’equazione:
E = M x C²
[C² si legge C al quadrato ed indica CxC]
Per esempio al centro di tutte le stelle, e quindi anche al centro del Sole, 4 atomi di Idrogeno, a causa della enorme pressione all’interno della stella, si uniscono per formare un atomo di Elio. La massa dell’atomo di Elio così formatosi è però leggermente inferiore alla somma dei 4 atomi di idrogeno. La massa persa si è trasformata in energia e perciò le stelle irradiano una quantità enorme di energia nello spazio.
Infine dobbiamo osservare che che le formule della relatività ristretta impediscono ad un corpo di raggiungere la velocità della luce, ma non vietano l’esistenza di particelle che viaggino sempre a velocità superiori a c, senza mai scendervi sotto: i cosiddetti tachioni che finora, però, non sono mai stati osservati.