Un apporto decisivo all’evoluzione della Fisica è venuto dalle ricerche e
dall’elaborazione compiute nei primi anni del novecento da Albert Einstein che,
approdando alla formulazione della «Teoria della Relatività speciale», portano
ad una revisione globale dei concetti tradizionali di «spazio» e di «tempo»
nonché alla rielaborazione di quelli di «massa» ed «energia». L’ulteriore
approfondimento compiuto negli anni successivi (a partire dal 1913) ha condotto
poi alla definizione di una «Teoria della Relatività generale» che, formulando
nuove leggi sulla struttura del campo gravitazionale, risulta di grande
rilevanza per gli sviluppi dell’indagine cosmologica.
Nella
sua teoria, cade la nozione di tempo assoluto, e il duplice continuo –
quello unidimensionale del «tempo» e quello tridimensionale dello «spazio» –
viene sostituito dal continuo «spazio-temporale» a quattro dimensioni.
Così lo
stesso Einstein espone il contenuto essenziale della «Teoria della Relatività»: «La "Teoria della Relatività" prende corpo in due tempi. Il primo di questi
conduce alla cosiddetta “Teoria della Relatività speciale” che si applica
soltanto a sistemi di coordinate inerziali, a sistemi cioè pei quali le leggi
d’inerzia, formulate da Newton, sono valide. “La Teoria della Relatività
speciale” si basa sopra due presupposti fondamentali e cioè: le leggi fisiche
sono le stesse per tutti i sistemi di coordinate i cui moti relativi sono
uniformi; la velocità della luce conserva sempre lo stesso valore.
Partendo da queste supposizioni,
confermate sperimentalmente oltre ogni dubbio, deduconsi le proprietà dei
regoli di misura e degli orologi in movimento, nonché le modificazioni in lunghezza
e rispettivamente in ritmo che essi subiscono con il variare della velocità. La
“Teoria della Relatività” modifica le leggi della meccanica. Le antiche leggi
non sono più valevoli allorquando la velocità di una particella in moto si
avvicina a quella della luce. Le nuove leggi per un corpo in movimento
formulate dalla “Teoria della Relatività”, sono pienamente confermate
dall’esperimento.
Una conseguenza ulteriore della “Teoria della Relatività
speciale” è la rivelazione dell’intimo legame fra «massa» ed «energia». La massa è energia, e l’energia possiede massa. Le due leggi della conservazione della massa e dell’energia vengono fuse dalla “Teoria della Relatività” in una
sola: la legge di conservazione della «massa-energia». “La Teoria della Relatività
generale” fornisce un’analisi ancor più profonda del continuo «spazio-temporale».
La validità della teoria non si limita più ai soli
sistemi di coordinate inerziali. La teoria abborda il problema della
gravitazione e formula nuove leggi strutturali del campo gravitazionale. Essa
conduce ad analizzare la parte spettante alla geometria nella descrizione del
mondo fisico. Essa considera l’eguaglianza della massa inerte e della massa
pesante quale fatto essenziale e non meramente accidentale, come fa la
meccanica classica» (Einstein: L’evoluzione
della Fisica, 255-56).
L’assioma dello
svolgimento oggettivo degli eventi nello spazio e nel tempo, indipendentemente da
ogni osservatore, fu rigettato, sulla base di scoperte sperimentali, dalla «Teoria
dei Quanti»; in essa, infatti, vengono introdotte le «Relazioni d’Indeterminazione»,
le quali rappresentano la base di una nuova descrizione della natura che non è
più fondata sul principio della rigorosa causalità degli eventi fisici. «Nella
“Teoria della Relatività”, scrive W. Heisenberg, il punto di partenza per la
critica dei concetti fu il postulato (supposizione) che non potesse esistere
alcuna velocità di segnale maggiore di quella della luce. In modo analogo, si
può postulare (supporre) come una legge di natura tale limite di esattezza per
la conoscenza contemporanea di variabili diverse, in quelle che si soglion
(usa) chiamare «Relazioni d’Indeterminazione», e prendere questo limite come
punto di partenza per la critica dei concetti della “Teoria Quantistica”.
Queste «Relazioni d’Indeterminazione» danno proprio quel grado di autonomia nei
confronti del mondo concettuale classico, che è necessario per poter descrivere
in modo esente da contraddizioni i processi atomici» (i principi fisici della “Teoria dei Quanti”, 13-14).
Le tesi
fondamentali della «Teoria della Relatività ristretta» (1905), prima grande tappa
fissata da Einstein, sono:
- Che non esiste azione istantanea a distanza, ma che ogni azione si propaga per successione con una velocità finita;
- Che, dati diversi osservatori collegati a sistemi galileiani, in cui si verifica il principio dell’inerzia, animati da movimenti di traslazione uniforme uno in rapporto all’altro, tutte le leggi fisiche, ivi comprese alcune costanti come la velocità della luce, si esprimono per essi in una identica forma;
- Che, di conseguenza, l’ordine di successione fra due avvenimenti ben definiti, ma che non sono immediatamente vicini, può dipendere dalla scelta del sistema di referenze al quale essi corrispondono, e così per un osservatore può trovarsi ad essere inverso rispetto a ciò che è per un altro.
L’idea filosofica centrale della «Relatività generale»
consiste nella possibilità di rappresentare tutti i fenomeni «materiali ed
energetici» con semplici variazioni nelle caratteristiche geometriche locali di
uno «spazio-tempo» che non si considererà più come omogeneo, ma come
comportante, determinante nei suoi diversi punti curvature variabili (o,
secondo una recente concezione, «torsioni» che avrebbero la stessa funzione). Il
primo fenomeno interpretato secondo questi punti di vista è stato la
«gravitazione», descritta non più come una forza di attrazione, ma come un
effetto d’inerzia in uno «spazio-tempo» così caratterizzato in modo diverso a
seconda delle regioni.
Albert Einstein una volta si domandò quale tra le leggi della
Scienza potesse essere classificata come «Legge Suprema». Concluse facendo la
seguente osservazione: «Una teoria è tanto più imponente
quanto maggiore è la semplicità delle sue premesse, tanto più diversi sono i tipi di cose che correla e quanto
più esteso è il campo della sua applicabilità. Di qui, la
profonda impressione che ho ricevuto dalla "Termodinamica Classica" (Vedi tutti i post Marzo e Aprile 2013 La
Nuova concezione del mondo l’Entropia, La legge dell’Entropia, Analisi e Sintesi
e la Tecnologia). E' la sola teoria fisica di
contenuto universale di cui sono convinto che nell'ambito di applicabilità dei
sui concetti di base non verrà mai superata».
Nota finale
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