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cosmici con i nuclei di gas atmosferici
(in pratica, i neutrini, colpendo la
materia, danno origine ai muoni); essi
viaggiano a velocità prossima a quella
della luce per cui impiegherebbero
circa 200 microsecondi a raggiungere
la superficie della Terra. Sapendo che
il loro periodo di dimezzamento è di
1,5 microsecondi (133 dimezzamenti
durante il percorso) a Terra dovrebbero
arrivarne pochissimi; invece si è
scoperto con sorpresa che ne arriva
1/8; ciò vuol dire che hanno subito
solo tre periodi di dimezzamento
(1/2*1/2*1/2 = 1/8) e quindi per loro
sono trascorsi solo 4,5 microsecondi
(1,5*3). Quindi per lo stesso evento
sono trascorsi due tempi molto diversi,
200 microsecondi per l’osservatore
a Terra e 4,5 microsecondi per il
muone in movimento.
Il tempo quindi, subisce contrazioni
che dipendono direttamente dalla
velocità relativa (tanto maggiore è
questa, tanto maggiore è la contrazione);
alla velocità della luce l’asta di
un metro si riduce ad un punto. I pianeti
Marte e Venere si muovono
rispetto alla Terra, perciò su di loro
vige un altro tempo ma, se un giorno
l’uomo vivrà su di essi, le leggi saranno
espresse con le stesse formule.
Einstein scoprì che, quando una persona
aumentava la propria velocità,
la sua percezione di spazio e tempo,
si contraeva di un fattore dipendente
solo dalla sua velocità v; in posizione
di riposo (v = 0), non si verifica alcuna
contrazione; con v molto bassa, il
fattore di contrazione si riduce di un
valore molto basso; mentre con v = c
(velocità della luce), spazio e tempo
si riducono a 0 e massa ed energia si
espandono all’infinito (perché il reciproco
di zero è infinito).
Se un viaggiatore si muove rispetto ad
un osservatore fermo, per la teoria
della Relatività il suo tempo scorre
più lentamente; alla velocità di
40.000 Km/ora, il divario è appena 5
su mille miliardi; se viaggia a
150.000 Km/sec. il tempo rallenta del
13%; se viaggia a 299.000 Km/sec. il
tempo rallenta del l’85%.
Anche i satelliti geostazionari (circa
36.000 Km dalla Terra) che pilotano i
navigatori devono avere un correttore
del tempo
Ogni energia possiede una massa:
energia e massa (la massa intesa nel
concetto relativistico variabile in funzione
della velocità del corpo), E =
m*v 2
(energia = massa * quadrato
velocità della luce) sono la stessa
cosa; viene così a cadere il principio
della conservazione della massa; solo
la somma di tutte le energie e di tutte
le masse dell’Universo rimane inalterata.
Praticamente si può dire che l’e-
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nergia di un proietto è la somma della
sua massa e della sua energia di
moto; analogamente l’energia di un
chilo di ghiaccio è leggermente inferiore
a quella di un chilo di acqua
poichè va aggiunta anche l’energia
come calore di fusione.
La formula E = m*v2 , propria della
teoria della relatività ristretta, è sicuramente
una delle formule fisiche più
famose e molto probabilmente la più
famosa in assoluto, ciò grazie alla sua
estrema eleganza e semplicità. In
sostanza, la formula prende in considerazione:
E = Energia, espressa in joule (= N*m
= W*s = kg* m2 /s2 );
m = Massa, espressa in kilogrammi
(kg);
v = Velocità della luce, espressa in
m/s (299.792.458 m/s, generalmente
approssimata a 300.000.000 m/s).
Pertanto v 2= 9 * 10 16
m2 /s2 . Diventa
quindi facile capire come massa ed
energia si equivalgano e come esse
siano due facce della stessa medaglia.
In sostanza la massa è una forma di
energia estremamente concentrata:
essa scompare quando compare
energia e viceversa. In particolare se
un corpo assorbe una quantità di
energia E la sua massa non si conserva
ma aumenta della quantità E/v 2 ;
viceversa la massa del corpo diminuisce
se perde energia, per esempio
emettendo luce.
L’enorme fattore di conversione (v 2 =
90.000.000.000.000.000) che lega la
massa e l’energia spiega come concentrando
un grosso quantitativo di
energia (= m*v 2 ) si possa creare una
piccola quantità di materia (massa), e
anche come partendo da una piccolissima
massa (= E/v 2 ) si possa ottenere
un grandissimo quantitativo di
energia. La teoria della relatività ci
fornisce, quindi, un’altra sorpresa:
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.
Nel 1916 Einstein pubblica la memoria
dal titolo “Il fondamento della teoria
della Relatività generale” dove si
conferma che tutte le leggi della fisica
devono risultare invariate passando
da un osservatore fermo ad un
altro in moto; ossia spazio e tempo
non sono più assoluti, ma dipendono
dalla distribuzione di materia ed
energia e dalle condizioni di moto
dell’osservatore. In altre parole, la
teoria della relatività ristretta stabilisce
che una persona, all’interno di
una macchina che viaggi a velocità
costante, non può sapere se si trova in
quiete o in moto rettilineo uniforme;
la teoria della relatività generale afferma
che una persona, all’interno della
macchina in moto accelerato, decelerato
o curvilineo, non può dire se il
moto è di origine gravitazionale o di
accelerazione; Einstein aveva scoperto
che tempo e distanza sono misure
relative che dipendono dalla gravità e
dalla velocità.
La gravità non è più una forza, ma
una proprietà spazio-tempo; la luce
viene deviata da grandi masse; viene
introdotto il concetto di curvatura
dello spazio; un oggetto contrae la
sua lunghezza viaggiando a velocità
prossime a quella della luce (concetto
secondo il quale un oggetto che si
avvicina si percepisce in anticipo, se
si allontana si percepisce dopo,
esempio treno, sirena ecc.).
Attraverso lo spazio-tempo viaggerebbero
onde “gravitazionali” che si
allontanano dalle loro sorgenti come
succede quando si getta un sasso in
uno stagno. Queste onde hanno,
secondo gli studiosi, la caratteristica
di non interagire con la materia: attraversano
stelle e pianeti come se questi
non esistessero e, proprio per questo,
sfuggono a ogni tentativo di
osservarle. Scoprirle è una grande
sfida, che forse potrebbe essere vinta
proprio in Italia. Uno dei principali
esperimenti per osservarle si trova
infatti vicino a Pisa. Si chiama Virgo e
misura con altissima precisione la
distanza fra due oggetti che si trovano
a 3km di distanza. Se immaginiamo
lo spazio come un foglio piatto su cui
poggiano due oggetti, è facile capire
che qualsiasi curvatura del foglio ha
l’effetto di avvicinarli. Secondo i calcoli,
il passaggio di un’onda gravitazionale
provocherebbe un avvicinamento
tra i due oggetti inferiore al
diametro di un atomo. Per misurarlo i
fisici hanno schermato Virgo da tutte
le vibrazioni e in futuro prevedono
persino di raffreddare l’intero
esperimento a -250 °C, per limitare
l’agitazione degli atomi dovuta al
calore.
Nel giugno 2002 è stata portata felicemente
a termine l’esperimento per
la conferma della deviazione di un
segnale radio passante nelle vicinanze
di una grande massa come il Sole;
il valore è stato ottenuto tramite la
sonda Cassini (che si trovava ad una
distanza di 8,5 U.A., circa 1,3 miliardi
di Km), i cui segnali radio di collegamento
con la Terra dovevano passare
molto vicino al Sole. Il risultato
ottenuto era quello previsto dalla teoria
della Relatività.
Anche gli impulsi elettromagnetici
vengono deviati dalla forza di gravità
secondo la teoria della relatività.