Albert Einstein (1879-1955) ha cambiato la fisica nel XX secolo con la teoria della relatività: dimostra che spazio e tempo non sono assoluti, ma cambiano a seconda dell'osservatore.
Relatività ristretta (1905)
Pubblicata nell'annus mirabilis di Einstein (a 26 anni), si basa su due postulati:
- Le leggi della fisica sono uguali per tutti gli osservatori in moto rettilineo uniforme (sistemi inerziali).
- La velocità della luce nel vuoto è costante (c ≈ 300.000 km/s) per tutti gli osservatori, indipendentemente dal loro stato di moto.
Conseguenze sorprendenti
- Dilatazione del tempo: per un osservatore in movimento, il tempo scorre più lentamente. Un astronauta che viaggia vicino alla velocità della luce invecchia meno del fratello rimasto sulla Terra.
- Contrazione delle lunghezze: gli oggetti in movimento appaiono più corti nella direzione del moto.
- Equivalenza massa-energia: E = mc². Una piccola massa può liberare un'enorme energia (bombe atomiche, energia del Sole).
Relatività generale (1915)
Estensione della teoria a tutti i sistemi di riferimento, anche accelerati e in presenza di gravità.
L'idea centrale
La gravità non è una forza, ma la curvatura dello spazio-tempo dovuta alla presenza di massa. Una palla pesante mette in tensione un tappeto elastico: oggetti vicini "cadono" verso di essa. Allo stesso modo il Sole curva lo spazio attorno a sé, e i pianeti seguono la curvatura (orbite).
Previsioni verificate
- Deflessione della luce delle stelle da parte del Sole (osservata nell'eclissi del 1919).
- Lente gravitazionale: galassie lontane possono apparire deformate o duplicate per la curvatura della luce.
- Onde gravitazionali: vibrazioni dello spazio-tempo prodotte da eventi catastrofici (collisioni di buchi neri). Rilevate per la prima volta nel 2015 dall'interferometro LIGO.
- Buchi neri: regioni dello spazio dove la curvatura è infinita; nulla può sfuggire, nemmeno la luce. La prima "immagine" di un buco nero è del 2019 (M87).
Applicazioni quotidiane
La relatività non è solo speculazione: serve nella vita di tutti i giorni!
- GPS (Sistema di Posizionamento Globale): i satelliti vanno corretti per gli effetti relativistici, altrimenti la posizione che mandano sarebbe sbagliata di chilometri al giorno.
- Reattori nucleari e bombe atomiche: sfruttano E = mc².
- PET (Tomografia a Emissione di Positroni): un esame medico basato sull'annichilazione materia-antimateria.
Einstein e il Nobel
Curiosamente, Einstein non ha vinto il Nobel per la relatività (era troppo "rivoluzionaria"), ma nel 1921 per la spiegazione dell'effetto fotoelettrico (i fotoni e l'inizio della meccanica quantistica).