Fisica per bambini

Teoria della relatività

La teoria della relatività è in realtà costituita da due teorie elaborate da Albert Einstein all'inizio del 1900, una chiamata relatività "speciale" e l'altra "generale". In questa sede parleremo soprattutto della relatività speciale.

In questa pagina è possibile approfondire due aspetti molto importanti della teoria della relatività: la velocità della luce e la dilatazione temporale.

Relatività speciale

Le idee principali che compongono la teoria della relatività speciale di Einstein sono due.

1. Il principio di relatività: le leggi fisiche sono le stesse per qualsiasi quadro di riferimento inerziale.

2. Il principio della velocità della luce: la velocità della luce nel vuoto è la stessa per tutti gli osservatori, indipendentemente dal loro moto relativo o dal moto della sorgente luminosa.

Cosa significa "relativo"?

Il primo principio elencato sopra è piuttosto confuso. Che cosa significa? Prima di Albert Einstein, gli scienziati pensavano che tutto il moto avvenisse rispetto a un punto di riferimento chiamato "etere". Einstein sosteneva che l'etere non esistesse e che tutto il moto fosse "relativo". Ciò significa che la misura del moto dipendeva dalla velocità relativa e dalla posizione dell'osservatore.

Un esempio relativo

Un esempio di relatività è quello di immaginare due persone su un treno che giocano a ping-pong. Il treno viaggia a circa 30 m/s verso nord. Quando la pallina viene colpita avanti e indietro tra i due giocatori, sembra che la pallina si muova verso nord a una velocità di circa 2 m/s e poi verso sud alla velocità di 2 m/s.

Immaginiamo ora una persona in piedi accanto ai binari della ferrovia che osserva la partita di ping-pong. Quando la pallina viaggia verso nord, sembra viaggiare a 32 m/s (30 m/s più 2 m/s). Quando la pallina viene colpita nella direzione opposta, sembra ancora viaggiare verso nord, ma a una velocità di 28 m/s (30 m/s meno i 2 m/s). All'osservatore a lato del treno, la pallina sembra sempre viaggiare verso nord.

Il risultato è che la velocità della palla dipende dalla posizione "relativa" dell'osservatore: sarà diversa per chi si trova sul treno rispetto a chi si trova a lato dei binari.

E = mc2

Uno dei risultati della teoria della relatività speciale è la famosa equazione di Einstein E = mc2. In questa formula E è l'energia, m la massa e c la velocità costante della luce.

Un risultato interessante di questa equazione è che l'energia e la massa sono correlate: qualsiasi variazione dell'energia di un oggetto è accompagnata da una variazione della massa. Questo concetto è diventato importante nello sviluppo dell'energia nucleare e della bomba nucleare.

Contrazione della lunghezza

Un altro risultato interessante della relatività speciale è la contrazione della lunghezza. La contrazione della lunghezza si verifica quando gli oggetti appaiono tanto più corti quanto più velocemente si muovono rispetto all'osservatore. Questo effetto si verifica solo quando gli oggetti raggiungono velocità molto elevate.

Per fare un esempio di come gli oggetti che si muovono molto velocemente appaiano più corti, se un'astronave lunga 30 metri volasse davanti a voi a 1/2 della velocità della luce, sembrerebbe lunga 87 piedi. Se accelerasse a 0,95 della velocità della luce, sembrerebbe lunga solo 31 piedi. Naturalmente, tutto questo è relativo: alle persone a bordo dell'astronave, sembrerebbe sempre lunga 100 piedi.

Per saperne di più su Albert Einstein e la teoria della relatività generale.

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