Teoria de la relatività

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In fisica, co la parola relatività de solito se fa riferimento a le trasformasion matematiche che le à da esser aplicade a le descrision de i fenomeni te 'l passajo tra do sistemi de riferiment in moto relatiu. La espression teoria de la relatività la gnen doperada par riferirse a le teorie einsteiniane de la teoria de la relatività special e general che Albert Einstein al à elaborà tra al 1905 e al 1913, le quale le à come elemento fondamental al principio de relatività.


Evolusion de la teoria de la relatività[canbia | canbia el còdaxe]

I antichi greci i à scominsià a farse domande su la natura, su 'l so orden (cosmo) e su la possibilità de la esistensa de principi e legi de la natura. Quasi tuti i filosofi de la età antica, tra i quai Eraclito, Parmenide, Zenone, Leucippo, Democrito, Platone e Aristotele, i se à ocupà de question che almanco in part le è pertinenti a quela che dess la gnen ciamada fisica, parola che la à origine greca e che la ol dir "le robe de la natura". te la fisica de Aristotele se cata quele che se podaree considerar come le prime teorie, anca se noi proprio juste, su 'l moto de i corpi; el, comunque, no 'l è precursor de 'l principio de inersia, catà fora 20 secoi dopo da Galileo Galilei e de 'l qual la enunciasion formal la è stata data da Isaac Newton.

Albert Einstein te 'l 1947

La siensa moderna la scominsia co al assunto fondamental, dovest a Galileo, che le legi de la fisica le epje la stessa forma rispeto a qualunque sistema de riferiment che se adote te 'l qual vale al principio de inersia. Sta assunsion la gnen definida de 'l 1609, e incoi al gnen ciamà principio de relatività galileian, ancora dess valido. Al se basa su la gran intuision de Galileo de la conposision de i moti e quindi de la lege de adision de le velocità: se do osservatori i è in moto relatiu tra de lori e ogni un de lori al se mou in maniera uniforme, in maniera che la velocità relativa la sie costante, i mesurerà spasi diversi rispeto a 'l stesso evento, ma la "forma" de le so osservasion la à la stessa descrision algebrica. No se diss gnint comunque su 'l tenp.

Al conceto che al tenp al sie ligà a 'l sistema de riferiment al è al contributo original de Albert Einstein. Difati, quando che Newton, ledendo e studiando polito tant al Dialogo sopra ai due massimi sistemi, fa i Siscorsi sopra una Nuova Scienza, al à interpretà le intuision originai riportade a livel geometrico te i scriti de Galileo, al le à assimilade e al le à fate soe, dando cossì la forma matematica e fisica de la mecanica, al se à catà ignansi a 'l principio de relatività e ghe è gnest manifesto che la so adosion la inplichesse necessariamente an riferiment aonde che al primo principio de la dinamica, cioè al principio de inersia de Galileo, al esse da er piena validità. Al problema gross comunque al restea e al è quel de capir aonde colocar sto sistema de riferiment: al à risolvest al dilema sentensiando che tuti i spazi relativi i se esse riferì a 'n spasio assoluto, al unico esistente invarjà e che no pol modificarse, e che la no mutabilità de 'l spasio assoluto no la fusse altro che la espression de la esistensa de 'n tenp assoluto, che al scorr uniformemente ten tut al spasio assoluto.

la solusion de Newton la è stata funsional e la è gnesta an paradigma destinà a durar par sentener de ani. Belche Galileo, comunque, co i so tentativi de mesurar la velocità de la luce su base terestre, al assea veder dubi che a l'epoca no i era ancora stati risolvesti su come che se esse da intender al principio de relatività e quindi al principio de inersia colegà. Sti dubi i è restadi sconti, ofuscadi da 'l gran momò de la mecanica newtoniana, infin a 'l 1905.

Co le equasion de Maxwell, de le trasformasion de orentz e par fenir de la teoria de la relatività de Einstein al è gnest a mancar al conceto de tenp assoluto, infin lora dat par scontà. Al tenp e al spasio i è ligadi insieme a far quel che al gnen ciamà spasiotenp. La relatività general la postula invese la ugualjansa de la massa gravitasional e de la massa inersial, e la ricava la "forma" de 'l spasiotenp, la so metrica general.

Siben che la à limiti parchè no la cen cont de la mecanica quantistica, la resta una de le teorie pì precise che sie mai stat verificà sperimentalmente.

Teoria de la relatività galileiana[canbia | canbia el còdaxe]

nassesta co la fisica classica, la relatività galileiana la se basa su 'l assunto che le legi de la fisica le sie le stesse ten ogni sistema de riferiment innersial. Da 'l punto de vista matematico le è ligade a sto principio le trasformasion galileiane, cioè le equasion che le governa i canbiament de coordinate da 'n sistema de riferiment innersial rispeto a 'n secondo sistema de riferiment innersial, cioè che al se mou co na velocità costante rispeto a quel.

Do osservadori, che i à modo de comunicar tra de lori, i determina do diverse posision par al medesimo ojeto che ghe n'è te na serta posision.

I do osservatori OI e OII che i studia al moto de an medesimo punto P, i determina te 'n stesso istante la posision de P e de quelaltro osservador: PI (distansa tra OI e al punto P) e PI-II (distansa tra OI e OII) par al primo osservador e PII (distansa tra OII e al punto P) e PII-I (distansa tra de i do osservador) par al secont. Da' che al spasio se 'l considera euclideo, i sa che

La relasion tra de le do mesure la è:

o

e quindi tuti doi, doperando le so mesure, i è in grado de calcolar cossa che al à mesurà quelaltro. Al pol anca bastar che un de i do osservadori al fae le mesure e al ghe le trasmete a quelaltro par i calcoli. Se i osservadori i determina la posision P ten istanti diversi de na sucession tenporal alora i è in grado de determinar al vetor posision de P in funsion de 'l tenp basandose su la relasion seguente

Le osservasion fate te 'l pjan le pol gner riproponeste te 'l spasio.

Par poder colegar le do mesurasion, ste qua le à da gner fate te 'l medesimo istante. I do osservador i à quindi da scanbiarse an segnal par meterse d'acordo su quando far la mesura e sto segnal al à da propagarse in maniera istantanea (cioè co na velocità infinita). A 'l contrario, se al segnal al gnesse trasmetest co na velocità limitada e cognossesta, i do osservadori prim de deslontanarse un da quelaltro par far le mesure, i pol sincronizar i so arloji. Alora se arà da suponer che al spostamento de i arloji no 'l canbie la so sincronia, ne' gnanca al mecanismo de i arloji stessi (ipotizando anca che i arloji i sie identici), roba che se pol verificar scanbiando i segnai, ma se à ancora na mesura che no la è justa, cioè in contradision co 'l conceto de tenp assoluto.

Ancora Galileo al ea ciar sto problema; al à fat prim an tentatiu de mesurar la velocità de la luce, solche che al se à basà su na distansa terestre de circa 30 chilometri, la distansa tra do coi in Toscana, da un de i quai el, co 'n assistente su quelaltro col, al aree abu da mesurar al tenp de propagasion de la luce de na lanpada, prim quatada da 'n pano e dopo desquatada in pressa, co 'l bater de 'l so polso; Ten ste condision no 'l à dondest gnanca de sentir do batiti de 'l so polso che la luce la era belche ruada, dal che Galileo al à desumest che la velocità de la luce la è estremamente alta e che quindi, par i usi pratici, se podesse considerar la so propagasion come istantanea.

Le trasformasion galileiane, valide co na otima aprossimasion te i canpi aonde che se pol suponer la velocità de la luce infinida rispeto a le altre velocità, come quela mecanica, quela dinamica e quela cinematica solite, no la à validità ten altri setori de la fisica, come par esenpio te 'l eletromagnetismo. Le legi de 'l eletromagnetismo difati no le è invarianti co le trasformasion galileiane, ma co le trasformasion de Lorentz, teorizade da 'l fisico olandese Hendrick Lorentz.

Verso la fin de 'l 1800, Ernst Mach e diversi altri, tra i quai Hendrick Lorentz, i se à scontrà co i limiti de la relatività galileiana, che no la pol gner doperada par i fenomeni eletromagnetici. Einstein al se à catà quindi difronte a do trasformasion diverse: quele de Galileo, valide te la mecanica classica, e quele de Lorentz, valide par al eletromagnetismo, ma sensa an suporto teorico convincente. La situasion no la sodisfea parchè ste do trasformasion e i principi de relatività a lore associadi i era inconpatibili.

La relatività secont Einstein[canbia | canbia el còdaxe]

Co Albert Einstein, la teoria de la relatività la à abù an svilupo ulterjor e incoi se tende a associar a sta teoria al nome de 'l fisico todesch. La so teoria la se conpone de do diversi modei matematici, che i passa sot al nome de:

La teoria de la relatività special o teoria de la relatività ristreta[canbia | canbia el còdaxe]

Search ballonicon2.svg Par savèrghene de pì, vardarse ła voxe relatività ristreta.
Rapresentasion de 'l spasio tenp de la relatività ristreta

La relatività ristreta, ciamada anca relatività special, al è stata la prima a esser presentada da Einstein, co 'l articolo Zur Elektrodynamik bewegter Körper (eletrodinamica de i corpi in movimento) de 'l 1905, par conciljar al principio de relatività galileian co le equasion de le onde eletromagnetiche.

Prim, par sto scopo, le era state proponeste de le teorie che le se basea su la esistensa de a međo de propagasion de le onde eletromagnetiche, ciamà etere; comunque, gnissun esperimento al era mai stat bon de mesurar la velocità de 'n corpo rispeto a 'l etere. In particolar, deograsia de 'l esperimento de Michelson-Morlay, al è stat dimostrà che la velocità de la luce la è costante ten tute le diresion, indipendentemente da 'l movimento de la Tera, no risentendo cossì de 'l cosideto vent de etere; la teoria de Einstein la scarta de 'l tut al conceto de etere, che incoi no 'l gnen pì doperà da i fisici.

I postuladi de la relatività ristreta i pol gner enunciadi cossì:

  • primo postulato (principio de relatività): tute le legi fisiche le è le stesse ten tuti i sistemi de riferimento innersiai;
  • secondo postulato (invariansa de la luce): la velocità de la luce te 'l vodo la à al steso valor ten tuti i sistemi de riferimento innersiai, indipendentemente da la velocità de 'l osservador o da la velocità de la sorgente de luce.

Se pol verificar che le trasformasion de Lorentz le sodisfa al secondo postulato: se par an osservador te 'n sistema de riferiment innersial la velocità de la luce la è c, tal la sarà par an qualunque altro osservador te 'n sistema de riferiment innersial in movimento rispeto a 'l soo.

Le legi de 'l eletromagnetismo, te la forma de la eletrodinamica classica, no le canbia sot le trasformasion de Lorentz, e quindi le sodisfa al principio de relatività. On vist però che la mecanica classica no la è invariante sot ste trasformasion e quindi Albert Einstein al à abu da catar na formulasioncovariante de la mecanica classica, che la se rifesse a le legi note de la cinematica e de la mecanica classica.

E = mc2[canbia | canbia el còdaxe]

La nota formula relativistica E = mc2 la tò in considerasion:

  • E = energia, esprimesta in joule (= N·m = W·s = kg· m²/s²);
  • m = massa, esprimesta in chilogrami (kg);
  • c = velocità de la luce, esprimesta in m/s (299 792 458 m/s, de solito aprossimada a 300 000 000 m/s). Quindi c2 ≈ 9 × 1016 m²/s².

gnen facile capir come che la massa e la energia le se equivale e come che le sie do face de la stessa madaja. In sostansa la massa la è na forma de energia estremamente concentrada: la spariss co se forma energia e viceversa. In particolar, se an corpo al assorbe na quantità de energia, la so massa no la se cnserva ma la aumenta de la quantità E/c2; viceversa se la massa de 'l corpo la diminuiss se perde energia, par esenpio co la emission de luce.

Al enorme fator de conversion che al liga la massa e la energia al spiega come che concentrando an quantitatiu gross de energia se pode crear na quantità pisola de materia (= E/c2), e anca come che a partir da na massa pisola se pode otegner tanta energia.

La teoria de la relatività la forniss quindi n'antra sorpresa: da' che la massa no la è altro che na forma de energia, no la se conserva separatamente, ma la se donta a la energia cinetica e a la energia potensial te 'l enunciar la conservasion de la energia mecanica.

Doperando la energia nuclear la resa la aumenta, ma te na comune bonba atomica, par esenpio, gnen convertì in energia solche al 0,5% de la massa total de 'l materjal fissile.[no ghe xe ła fonte]

Baste pensar che solche an gramo de materia al equival a 90 000 miljardi de joule (9 × 1013 J = 90 000 000 MJ = 90 000 GJ = 90 TJ). Da' che 1 kWh = 3,6 × 106 joule = 3 600 000 joule, an gramo de materia al equival a 25 000 000 kW/h (= 25 000 MWh = 25 GW h). La conversion de 'n chilo de materia (equivalente a 90 000 TJ, cioè a 25 miljardi de kWh = 25 000 000 MWh = 25 000 GWh = 25 TWh) al querderee, in pratica, al consumo mensile de energia eletrica in Italja, che de 'l 2004 al è stat in media de 25 374 GWh (te 'l intjero an 2004 al è stat de 304 490 GWh). La equivalensa massa – energia la à dimostrà la so potensa, in manjera devastante, co le bonbe atomiche. La bonba de Hiroshima la era de 13 chilotoni, che i equival a 54,6 TJ (13 × 4,2 × 10¹² J); ma sta energia la representa solche al 60% de quela che saree deliberada da la conversion di an unico gramo de materia (90 TJ).

Al fenomeno de la conpleta e inmediata conversion de la materia in energia al podaree verificarse solche te 'l caso che la materia la entresse in contato con la antimateria.

Da sotolinear che la equasion de Einstein la è valida e la è stata costantemente verificada te i fenomeni fisici macroscopici: par es. te 'l Sol ogni secondo 45 000 000 quintai de idrogeno i se trasforma, mediante al processo de fusion nuclear, diretamente in energia, cioè in radiasion eletromagnetica, par al astronomico valor de 405 × 1024 joule, che esprimest in wattora al equival a 112 500 000 000 TWh (de 'l 2005 la produsion mondial de energia eletrica la è stata de 17 907 TWh, equivalenti a 716,28 kg de materia). Ma la equasion la val anca a livel subatomico (fisica quantistica): le colision tra particele elementari (eletroni, protoni e neutroni) le genera nove particele che le à in tut la stessa energia (massa), cossì come che da i urti tra fotoni salta fora copie eletron-positron, che le se anichiliss tra de lore trasformandose de novo in fotoni (energia).

Te i processi fisici che no i coinvolge reasion nucleari se pol enunciar na lege de conservasion de la massa, scoperta da Lavoisier, e de la lege de conservasion de la energia (primo principio de la termodinamica), a la qual scoperta i à contribuì te la seconda metà de 'l 1800 diversi siensiadi (Joule, Carnot, Thomson, Clausius e Faraday): gnint se crea e gnint se destruje, ma tut se 'l trasforma. Einstein, però, al à conprendest e dimostrà che al principio de conservasion, conplessivamente intendest, al coinvolge la materia-energia, considerade no pì come do realtà separade ma unitariamente, da' che l'una la pol trasformarse ten quelaltra secont na precisa relasion matematica.

La formula E = mc2 la esprime ten qualsiasi sistema de riferiment la energia total de na particela ferma rispetto a quel particolar sistema de riferiment.

Se al corpo al è in movimento, la formula justa la è:

co

.

La massa la è qua intendesta come massa relativistica de 'l corpo, da destinguere da la massa innersial . La massa innersial la pol esser considerada na proprietà de 'l corpo parchè te 'n moto innersial la resta inalterada. Al conceto de massa relativistica, al estende al conceto de massa gravitasional. Comunque sto conceto al pol far tirar fora.[1]

Co ste considerasion al à senso definir na massa che la dipende da la velocità (e la saree al prodoto de la massa propria, innersial, per al termine ):

e in particolar che:

e che:

.

In altre parole, la massa relativistica no la è na proprietà indipendente da la velocità , ma la cress co sta qua. Quando che la velocità la se aprossima a quela de la luce, la massa de 'l corpo la tende a 'l infinì.

Per acelerar an corpo che al à massa diversa da zero da riposo a la velocità de la luce saree necessaria na energia infinita.

Na seconda motivasion, per la qual no la pol esser superada la velocità de la luce, la deriva da le equasion che le spiega la contrasion/dilatasion de 'l spasio-tenp te la relatività ristreta.

Relatività general[canbia | canbia el còdaxe]

Search ballonicon2.svg Par savèrghene de pì, vardarse ła voxe Relatività general.
Negativo de la lastra de Sir Arthur Eddington che la mostra la eclisse solar de 'l 1919, doperada par metere a la proa la prevision de deviasion gravitasional de la luce.

la teoria de la realtività general la gnen presentada come na serie de leture a la Königlich-Preußische Akademie der Wissenschaften, a partir da 'l 25. novenber 1915, dopo na faes de elaborasion pitost longa. Esiste na polemica su la publicasion de le equasion te canpo tra al matematico todesch David Hilbert e Einstein; comunque, serti documenti i ghe atribuiss co na serta sicuresa al primato a Einstein.

Al fondament de la relatività general al è al assunto, cognossest come principio de equivalensa, che na acelerasion localmente la sie indistinguibile da i efeti de 'n canpo gravitasional, e dunque che la massa inersia la sie conpagna de la massa gravitasional. Tramite al calcolo tensorial.

Pur dimostrandose te 'l tenp bela acurada, la relatività general la se à svilupà indipendentemente da la mecanica quantistica e infin dess no la se à mai conciljà co quela. Da quelaltra parte, la fisica quantistica, pur podendo includer la relatività ristreta, no la cen cont de i aspeti de la relatività general.

te la relatività general i limiti dovesti essensialmente a 'l tratamento de le singolarità e de i stati de la materia te i quai le interasion gravitasionai e quantistiche de donde de re al stesso ordine de grandesa. Tra de le evolusion prevedeste par sta teoria, le pì acreditade e aprofondide le è la teoria de le stringhe e la gravitasion quantistica a loop.

Ipotesi su le origini[canbia | canbia el còdaxe]

la origine e la paternità de la teoria de la relatività, cossì come che la è stata elaborada da Albert Einstein, la è circondada da na sort de mistero che ogni tant al torna a saltar fora, generando discussion te 'l mondo sientifico. de i ani otanta an grupo de studiosi al à portà ignans su 'l jornal quotidian 'taljan, Il Giornale di Vicenza, na longa batalja par cener in pjei na tesi secont la qual la famosa equasion de Einstein, E=mc², la saree stata fata derivar diretamente da 'l studio Ipotesi dell'etere nella vita dell'universo, presentada de 'l 1903 a 'l Reale Istituto Veneto di Scienze, Lettere e Arti de Schio (VI) da Olinto De Pretto (1867-1921). De Pretto, laureà in agraria, de mestjer indistrial ma apassionà de fisica e geologia, no 'l à mai rivendicà la paternità e la famosa formula. De 'l 1999, al "Caso De Pretto" al à catà de novo vita deograsia de Umberto bartocci, professor de storia de la matematica a la Università de Perugia, al qual al à contà la so version de i fati te 'l pamphlet - ciapà fra l'altro co 'n serto sieticismo da 'l anbiente academico - Albert Einstein e Olinto De Pretto, la vera storia della formula più famosa del mondo. ma Einstein, in base a le suposision fate te 'l tenp reguardo a 'l so laoro, al podaree esser stat jutà te le so elaborasion su la relatività general da an nantro 'taljan: al matematico Gregorio Ricci Curbastro (1853-1925) che al à fat calcoli tensorjali soi. A sto tant se donta le relasion e la colaborasion co 'l amico svisero Michele Besso, che Einstein al à ringrasià scrivendo:"... par fenir, ghe cene a dir che al amico e colega M. Besso al me à costantemente inprestà la so presiosa colaborasion intant che laoree a sto argomento, e che ghe son debitor de tanti sujerimenti intaressanti."[no ghe xe ła fonte]

Note[canbia | canbia el còdaxe]

  1. Resnick, Halliday, Krane - Fisica I -CEA - a ed. - pag. 488 in nota.

Bibliografia[canbia | canbia el còdaxe]

Voci colegade[canbia | canbia el còdaxe]

Colegamenti foresti[canbia | canbia el còdaxe]

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