34 ALIAV Associazione Diplomati Istituto Aldini Valeriani
ALIAV Associazione Diplomati Istituto Aldini Valeriani 35 (Ripeto la premessa già scritta in articoli precedenti: Un grande interesse e passione per l’Astronomia, la partecipazione a conferenze specifiche, la lettura di libri, riviste e articoli di giornali, le sensazioni provate osservando il cielo ad occhio nudo, con il binocolo e con il telescopio dell’Associazione Astrofili di Imola, mi hanno portato a preparare e/o assiemare queste “note” su vari argomenti di Astronomia. In questo scritto, essendo io autodidatta, non potranno esserci novità scientifiche, ma ho cercato di recepire le stesse e riportarle in forma molto semplice e a volte con sviluppi dettagliati di formule complesse). Alla teoria <strong>della</strong> Relatività si è arrivati gradualmente: - Il fisico austriaco E. Mach (1838- 1916) criticando la meccanica newtoniana (in particolare i tre concetti di spazio, tempo e movimento assoluti) ha contribuito alla definizione <strong>della</strong> teoria <strong>della</strong> Relatività. - Galileo con la scoperta <strong>della</strong> legge sulla caduta dei gravi che fornisce le equazioni per lo spazio percorso e per la velocità di un corpo in caduta libera: s = 1/2*g*t 2 progresso e attualità di ORIANO GAMBI L’angolo dell’astronomia 19. Continua il nostro incontro trattando l’argomento: Relatività ristretta e generale (g = accelerazio- ne di gravità, t = tempo impiegato). In questa legge vi è un significato molto importante; “la caduta dei gravi sulla Terra non dipende dalla loro massa”. - Newton che intuì un aspetto importante nella legge di Galileo. Certo, i gravi cadono sulla terra con una accelerazione costante, ma cosa è che li attrae; formulò così le tre leggi <strong>della</strong> dinamica: a) un corpo in quiete o in moto uniforme mantiene il suo stato fino a quando non intervengono forze esterne che lo influenzano. b) un corpo di massa m soggetto ad una forza F subisce una accelerazione che è direttamente proporzionale alla forza a cui è soggetto, F = m*a. c) un corpo di massa m1 agisce su un corpo di massa m2 con una forza F1, allora il corpo di massa m2 agirà sul corpo di massa m1 con una forza F2 = - F1 pari e contraria. Einstein pensò che se corpi di diversa natura subiscono la stessa accelerazione gravitazionale, allora questa accelerazione poteva riguardare la struttura dello spazio fisico; propose, quindi, che l’accelerazione gravitazionale potesse essere interpretata come un effetto geometrico e che la traiettoria dei corpi cadenti fosse causata da curve geometriche imposte su di essi dalla curvatura dello spazio. Nel 1905 comparve la memoria di Einstein “Sull’elettrodinamica dei corpi in moto”, che segna la nascita <strong>della</strong> Relatività ristretta o speciale; essa prende in esame ciò che accade quando gli osservatori si muovono l’uno rispetto all’altro in moto rettilineo uniforme, ossia a velocità costante e non accelerati con forza o con gravità. L’idea di due entità distinte di spazio e tempo è rigettata; al loro posto viene introdotto un nuovo concetto fisico e matematico: lo spazio-tempo che è direttamente influenzato dalla materia. Noi non abbiamo sensibilità per le velocità assolute; ci accorgiamo di un movimento solo quando facciamo riferimento a oggetti circostanti in stato di quiete (alberi, case, pali telefonici, ecc..). Per noi ha significato solo un movimento rispetto a qualcosa; che l’aeroplano voli nell’aria ferma o che, tenuto fermo l’aeroplano e si muova l’aria attorno, si ottiene lo stesso risultato (vedi gallerie del vento per prove e collaudi). In assenza di gravità, spazio e tempo sono entità ben distinte e hanno ruoli diversi. Ma in presenza <strong>della</strong> gravità lo spazio e il tempo risultano mescolati. La teoria di Newton prevede come si muoverà un oggetto risolvendo l’equazione F = m*a; ma in quella di Einstein non esistono vere e proprie forze. Succede qualcosa di diverso: la gravità determina lo spaziotempo e definisce quello che si deve intendere per “linea retta” fra due punti dello spazio-tempo stesso. Queste linee non sono in generale rette nel senso <strong>della</strong> geometria euclidea; se le usiamo per costruire dei triangoli, questi triangoli non ubbidiranno sempre agli assiomi di Euclide. Ciò che conta è che queste rette non euclidee (le cosiddette “geodetiche”) siano ben definite e possano essere determinate a partire dal campo gravitazionale. Un oggetto (luce o altro) che cambia posizione, si muove lungo una di queste rette determinate dalla gravità. Einstein riuscì appunto a verificare che le sue equazioni si riducevano a quelle di Newton quando la gravità era debole; egli aveva capito che il tempo dipendeva dalla velocità; quando la velocità di spostamento si avvicina alla velocità <strong>della</strong> luce, la differenza dei tempi T (di spostamento) e T 1 (fermo), aumenta; è il fenomeno di “dilatazione del tempo”; pensiamo a due orologi identici, uno al Polo (risulta in quiete) e l’altro all’equatore (risulta in moto); quest’ultimo ritarda di circa un decimilionesimo di secondo al giorno, perché la velocità all’equatore è di 0,46 Km/sec, pochissimo rispetto alla velocità <strong>della</strong> luce. La dilatazione del tempo si può spiegare così: nella fascia alta dell’atmosfera, circa 60 Km di altezza, si producono muoni dall’urto dei raggi