Nell’ultimo post abbiamo parlato delle conseguenze del Secondo principio della relatività di Einstein sulle quantità cinematiche: spazio, tempo, velocità.
Ma il terremoto arriva a colpire anche la Dinamica. Ricordate le tre Leggi della dinamica, la seconda in particolare? (vedi articolo correlato “Relatività, quale rivoluzione”)
Legava l’accelerazione alla sua causa, le Forze, sancendo la nascita della dinamica newtoniana. Ci diceva che aumentando la Forza aumenta l’accelerazione, in modo diretto e lineare (raddoppia una raddoppia l’altra…). Ciò significa che aspettando abbastanza a lungo, o applicando forze sufficientemente intense (o entrambi), la velocità crescerebbe indefinitamente, senza un limite. Ma ciò contraddice il secondo principio di Einstein, che impone la velocità della luce come limite massimo raggiungibile.
Questa legge non può più andare bene e viene modificata.
Nella figura si vede l’andamento della velocità di elettroni allo scorrere del tempo, sottoposti a una forza costante. Si vede che all’inizio la relazione tra Forza e accelerazione è lineare (come diceva Newton, e come continua a valere per regimi di velocità piccole come quelle a noi usualmente accessibili), per poi modificarsi e tendere a non crescere più man mano che si avvicina a C. In quel regime, anche aumentando moltissimo la forza non si produrranno sensibili variazioni di velocità, e l’accelerazione sarà quasi nulla.
A qualcuno piace pensare che la relazione newtoniana sopravviva e sia la massa a crescere con l’aumentare della distanza, diventando essenzialmente infinita quando si tende a C. Ma a me questa “interpretazione” non piace. Intanto perchè non soffro di nostalgia per le formule superate, poi perchè le particelle che viaggiano alla velocità della luce hanno massa nulla, e mi pare una discontinuità poco elegante (e poco comprensibile) passare da infinito a zero.
Anche se finora la gravità è stata esclusa da questa teoria, la massa rimane in ogni caso una protagonista indiscussa della relatività ristretta.
Pochi mesi dopo avere pubblicato il suo articolo, Einstein invia alla rivista un’integrazione di un paio di pagine in cui spiega che dalla teoria precedentemente enunciata si deduce un’equivalenza tra massa ed energia: è la famosa E=mc2.
La formula in assoluto più famosa, una delle poche (forse l’unica) che ha saputo varcare i confini della fisica per colonizzare l’immaginario comune. Unica formula pop, fa il suo ingresso nel mondo scientifico attraverso una breve nota a margine di un articolo già inviato.
E questa formula merita la sua fama. Essa lega direttamente due quantità fino ad allora rimaste separate: massa ed energia. Ci dice che possono trasformarsi l’una nell’altra (il segno = significa questo) e sono legate atttraverso una costante di proporzionalità gigantesca (300mila km/s al quadrato) che ci dice che piccolissime quantità di materia equivalgono ad energie enormi.
Negli anni successivi si verificherà che nelle reazioni nucleari non vale il principio di Lavoisier (“nulla si crea, nulla si distrugge” che vale nelle reazioni chimiche): nei prodotti di reazioni nucleari manca una piccola quantità di massa che si è trasformata in energia.
Ciò aprirà la strada, assieme alla meccanica quantistica, alla comprensione della fisica nucleare prima, subnuclerae poi, che saranno le protagoniste a partire dagli anni ’30 per buona parte del XX secolo.
Strada che incrocierà quella della storia, e condurranno assieme al progetto Manhattan e alla bomba atomica.
E finiamo qui la prima parte sulla Relatività ristretta, la teoria derivata dall’unico articolo sull’elettrodinamica dei corpi in movimento pubblicato da Einstein nel 1905.
Il 1905 è chiamato annus mirabilis per Einstein e la fisica. Oltre all’articolo sulla relatività ristretta, in 7 mesi Einstein pubblica cinque articoli, tre dei quali avrebbero meritato il Nobel. Ne otterrà solo uno, nel 1921, e non per la relatività.
Dal prossimo post faremo un ulteriore passo in avanti, anche nel tempo. Passiamo al 1915, dieci anni dopo, quando la relatività ristretta incontra la gravità.
E sarà di nuovo rivoluzione.
Il ciclo ricomincia a gennaio 2014, solo poche settimane se stiamo fermi sulla terra.
