Applicazioni tecnologiche di relatività ristretta

E=mc2 : la famosa legge che esprime la teoria della Relatività di Einstein. Ma cosa è davvero la Relatività? A cosa serve realmente? La Relatività Speciale o Ristretta, una delle due teorie sulla Relatività, sembra quanto di più lontano possiamo pensare dalle nostre vite. Tratta di particelle che si muovono alla velocità della luce! In realtà è stato necessario usare la Relatività per sviluppare alcune delle tecnologie che usiamo tutti i giorni; in questo articolo, dopo una breve introduzione sulla teoria, vedremo come è stata utilizzata per realizzare questi strumenti che ora sono di uso comune… o quasi!

Un po’ di storia

Foto di Einstein nel 1904, scattata dal suo amico Lucien Chavan

Figura 1: Foto di Einstein nel 1904, scattata dal suo amico Lucien Chavan

La Relatività è stata formulata da Einstein, che nella figura 1 vediamo in una foto risalente ai suoi 25 anni, nel 1905; l’idea era quella di formulare una teoria che spiegasse il fatto che la luce viaggia nello spazio vuoto a velocità costante, come si evince anche dalla soluzione delle equazioni di Maxwell. Questo risultato contrastava con il principio di relatività galileiano; la velocità, fino a questo momento, non era mai stata vista come qualcosa di assoluto, ma come una grandezza relativa al moto di un altro sistema. Ma allora la velocità della luce si muove con velocità rispetto a…? La risposta più quotata era quella che supponeva l’esistenza di un mezzo incorporeo e trasparente chiamato etere luminifero. Questa teoria era particolarmente gradita, in quanto riportava il problema ad una situazione conosciuta: le onde meccaniche avevano bisogno di un mezzo per propagarsi, quindi probabilmente ne avevano bisogno anche le onde elettromagnetiche. Ma muovendosi in un mezzo, ogni corpo avrebbe dovuto produrre un vento con velocità opposta a quella del moto del corpo. La luce avrebbe subito questo vento, quindi avrebbe avuto velocità diverse a seconda della direzione rispetto al suolo terrestre.

Esperimento di Michelson e Morley

Figura 2: Esperimento di Michelson e Morley

Nonostante gli esperimenti, di cui vediamo un esempio in figura 2, non si è mai trovata una differenza di velocità! Per questo Einstein suppose che l’etere non esistesse e cercò di realizzare una teoria che non ne tenesse conto.

Due Teorie

Cominciamo sottolineando una differenza: ci sono due teorie della Relatività, Ristretta e Generale. La differenza tra le due è il sistema di riferimento. La Relatività Ristretta si occupa di moto di oggetti in sistemi di riferimento inerziali (che si muovono con velocità costante uno rispetto all’altro); in questo caso, le forze gravitazionali sono nulle o deboli. La relatività Generale invece si applica per campi gravitazionali importanti, come quelli che creano le onde gravitazionali, recentemente scoperte (vedi link); in questa teoria, la gravità è vista come una proprietà dello spazio-tempo, curvato dalla presenza di massa o energia. In questo articolo ci occuperemo di applicazioni di Relatività Ristretta.

Principi fondamentali

Gli effetti della Relatività Ristretta si notano solo a velocità ed energie prossime a quelle della luce; a basse velocità la meccanica newtoniana, utilizzata fino ai primi del Novecento, è un’ottima approssimazione di questa […]

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