Teoria della relatività: differenze tra le versioni
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* [[Relatività generale]]
=== La teoria della relatività ristretta o relatività speciale ===
{{Vedi anche|Relatività ristretta}}
[[File:World line2-it.svg|thumb|Rappresentazione dello [[spazio tempo]] della relatività ristretta]]
La relatività ristretta, chiamata anche relatività speciale, fu presentata da Einstein con l'articolo ''Zur Elektrodynamik bewegter Körper'' ([[Sull'elettrodinamica dei corpi in movimento]]) del [[1905]], per conciliare il principio di relatività galileiano, che include il principio della [[composizione delle velocità]], con le [[Equazioni di Maxwell|equazioni delle onde elettromagnetiche]], nelle quali la velocità della luce è espressa come costante, ovvero indipendente dal sistema di riferimento.
Precedentemente a tal fine erano state proposte alcune teorie che si basavano sull'esistenza di un mezzo di propagazione delle onde elettromagnetiche, l'[[Etere luminifero|etere]], che doveva costituire un sistema di riferimento privilegiato; tuttavia nessun esperimento era riuscito a misurare la velocità di un corpo rispetto all'etere. In particolare, grazie all'[[esperimento di Michelson-Morley]], fu dimostrato che la velocità della luce è costante in tutte le direzioni indipendentemente dal moto della Terra, non risentendo del cosiddetto ''vento di etere''. La teoria di Einstein ha scartato del tutto il concetto di etere, che non fa più parte della fisica.
I postulati della relatività ristretta si possono così enunciare:
* '''primo postulato''' (''principio di relatività''): tutte le leggi fisiche sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali;
* '''secondo postulato''' (''invarianza della velocità luce''): la velocità della luce nel vuoto ha lo stesso valore in tutti i sistemi di riferimento inerziali, indipendentemente dalla velocità dell'osservatore o della sorgente.
È possibile verificare che le [[trasformazioni di Lorentz]] soddisfano il secondo postulato: se per un osservatore in un sistema di riferimento inerziale la velocità della luce è ''c'', tale sarà per un qualunque altro osservatore in un sistema di riferimento inerziale in movimento rispetto al proprio.
Le leggi dell'elettromagnetismo, nella forma dell'[[elettrodinamica classica]], non cambiano sotto le trasformazioni di Lorentz, e quindi soddisfano il principio di relatività.
==== ''E'' = ''mc''<sup>2</sup> ====
La nota formula relativistica [[E = mc²|''E'' = ''mc''<sup>2</sup>]] prende in considerazione:
* ''E'' = energia cinetica, espressa in [[Joule]] (= N·m = W·s = kg· m²/s²);
* ''m'' = massa, espressa in [[chilogrammi]] (kg);
* ''c'' = velocità della luce, espressa in m/s (299 792 458 m/s, generalmente approssimata a 300 000 000 m/s). Pertanto ''c''<sup>2</sup> ≈ 9 × 10<sup>16</sup> m²/s².
L'enorme fattore di conversione che lega la massa e l'energia spiega come concentrando un grosso quantitativo di energia si possa creare una piccola quantità di materia (= ''E''/''c''<sup>2</sup>), e anche come partendo da una piccolissima massa si possa ottenere molta energia.
La conversione di un [[chilogrammo]] di materia (equivalente a '''90 000 TJ''', ossia a 25 miliardi di kW h = 25 000 000 MWh = 25 000 GWh = '''25 TW h''') coprirebbe, in pratica, il ''consumo mensile'' di energia elettrica in Italia, che nel 2004 è stato in media di 25 374 GWh (nell'intero anno 2004 è stato di 304 490 GW h).
L'equazione di Einstein è stata costantemente verificata nei fenomeni fisici macroscopici: ad esempio nel [[Sole]] ogni secondo 4.500.000 tonnellate di [[idrogeno]] si trasformano, mediante il processo di [[fusione nucleare]], direttamente in energia, ossia in [[radiazione elettromagnetica]], per l'astronomico valore di 4,05 × 10<sup>26</sup> [[joule]], che espresso in [[wattora]] equivale a 112 500 000 000 TWh (nel 2005 la produzione mondiale di energia elettrica è stata di 17 907 TWh, equivalenti a 716,28 kg di materia). Ma l'equazione vale anche a livello subatomico ([[fisica quantistica]]): le collisioni tra particelle elementari ([[elettroni]], [[protoni]] e [[neutroni]]) generano nuove particelle aventi complessivamente la stessa energia (massa), così come dagli urti tra [[fotoni]] scaturiscono coppie elettrone-[[positrone]], che si annichiliscono tra loro trasformandosi nuovamente in fotoni (energia).
Nei processi fisici che non coinvolgono reazioni nucleari è possibile enunciare una [[legge della conservazione della massa (fisica)|legge di conservazione della massa]], scoperta da [[Lavoisier]], e una [[legge di conservazione dell'energia]] ([[primo principio della termodinamica]]), alla cui scoperta hanno contribuito nella seconda metà dell'Ottocento diversi scienziati (Joule, Carnot, Thomson, Clausius e Faraday): ''nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma''. Einstein, però, ha compreso e dimostrato che il [[principio di conservazione]], complessivamente inteso, coinvolge la materia-energia, considerate non più come due realtà separate bensì unitariamente, dato che l'una può trasformarsi nell'altra secondo una precisa relazione matematica nella quale [[massa (fisica)|massa]] ed [[energia]] si equivalgano: poiché la massa non è altro che una forma di energia, essa non si conserva separatamente, ma si aggiunge all'[[energia cinetica]] e all'[[energia potenziale]] nell'enunciare la conservazione dell'[[energia meccanica]].
=== Relatività generale ===
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