Relatività ristretta

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Fabia Simona Marchese
4 anni fa
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1 Relatività ristretta

2 Tempo e spazio Per la fisica classica tempo e spazio erano due grandezze assolute (Newton) Con Maxwell si arrivò alla conclusione che le onde elettromagnetiche si propagassero alla velocità della luce, ipotizzando l esistenza di un mezzo trasmissivo chiamato etere, che permeava tutto lo spazio. A questo punto era chiaro che la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nell etere fosse c. Quindi sarebbe bastato misurare tale velocità in un altro sistema inerziale per poter comprendere la sua velocità assoluta rispetto all etere. Ma questo era in contrasto con il Principio di Relatività Galileano: «Non è possibile misurare il moto di un sistema inerziale conducendo esperimenti all interno di esso»

3 Einstein Era il 1905 quando Einstein enunciò i seguenti postulati Principio di relatività: le leggi della fisica hanno la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento inerziali. Principio di costanza della velocità della luce: la velocità della luce c è la stessa in tutti i sistemi inerziali, indipendentemente dal moto della sorgente che la emette.

4 La simultaneità non è assoluta Se la velocità della luce fosse infinita, la simultaneità tra eventi sarebbe assoluta. Immaginiamo infatti che un passeggero di un treno in moto osservi l accensione istantanea di due luci agli estremi della sua carrozza. Se la velocità della luce fosse infinita, non trascorrerebbe alcun intervallo di tempo tra l emissione della luce e la sua rilevazione da parte di qualsiasi osservatore: anche per il capostazione fermo in stazione l accensione dei due fari sarebbe simultanea. Al contrario, il fatto che la luce si propaghi sempre alla velocità c = m/s implica che, in genere, due eventi simultanei in un riferimento non sono simultanei in un altro riferimento in moto relativo rispetto al primo.

5 La simultaneità non è assoluta Due eventi simultanei per un osservatore possono non essere simultanei per un osservatore in moto relativo rispetto al primo

6 Una nuova concezione di tempo Alla domanda «Quanto tempo t è trascorso fra l emissione dei due lampi di luce?» otteniamo due risposte differenti ma entrambe corrette. Per Alice, è trascorso un intervallo di tempo t non nullo tra le emissioni, mentre per Bruno sono state simultanee e quindi t = 0. In generale L intervallo di tempo tra due eventi che avvengono in luoghi distinti dello spazio dipende dallo stato di moto dell osservatore.

7 La dilatazione dei tempi I comuni orologi da polso contengono un cristallo di quarzo che produce oscillazioni di potenziale. Un sistema elettronico conta queste oscillazioni e le converte nelle unità che utilizziamo per misurare il tempo. Il risultato di questo conteggio è visualizzato dai numeri sul display dell orologio.

8 La dilatazione dei tempi

9 La dilatazione dei tempi

10 Conferme sperimentali Questa «strana» conseguenza dei principi della relatività fu verifcata sperimentalmente per la prima volta nel 1971 da Joseph Hafele e Richard Keating in un esperimento volto a misurare il ritardo degli orologi in moto relativo. I due ricercatori confrontarono con un orologio a terra il tempo misurato da orologi atomici montati su aerei di linea che effettuavano due volte il giro della Terra, una volta verso ovest e l altra verso est.

11 Conferme sperimentali Le conferme sperimentali della dilatazione dei tempi sono oggi innumerevoli. Basti pensare che il sistema di posizionamento globale, il GPS, tiene conto degli efetti relativistici nel calcolo degli intervalli di tempo. Il dispositivo portatile riceve i segnali orari inviati da satelliti in orbita attorno alla Terra e calcola la distanza c t da ciascuno di essi: attraverso queste distanze si può stabilire la sua posizione sulla superfcie terrestre. Per determinare t con l esattezza richiesta si deve tener conto della velocità relativa del satellite e convertire il tempo proprio del satellite nel tempo misurato dal dispositivo.

12 Relatività dello spazio

13 Relatività dello spazio

14 Equivalenza massaenergia

15 Equivalenza massa-energia

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