Prof. Giovanna CATANIA
FISICA
TEORIE
u.d. 12
APPUNTI per APPROFONDIMENTO
della
RELATIVITÀ
Qualunque teoria della Fisica che, per un periodo più o meno lungo, fornisca anche il fondamento
unitario a partire dal quale strutturare nuove teorie su nuovi fenomeni, deve essere accompagnata da
una teoria relativistica ossia da una teoria che garantisca l’invarianza1 delle leggi del fondamento
e, ovviamente, delle grandezze fisiche a partire dalle quali quelle leggi sono strutturate.
La Fisica moderna è stata costruita come Fisica classica, prima, e come Fisica quantistica, dalla
prima metà del XX secolo e ancora attualmente, a partire da due fondamenti unitari: quello
meccanico-deterministico dalla nascita della Fisica moderna in periodo rinascimentale, e quello
quanto-probabilistico negli ultimi 80 anni. La conseguenza è che sono due anche le teorie
relativistiche che è stato necessario elaborare.
La teoria relativistica classica o galileiana, come dice il suo nome, è stata la prima ed è quella che
accompagna il fondamento meccanicistico classico garantendo l’invarianza delle leggi della
meccanica classica e, in sostanza, della forza per mezzo dell’invarianza dell’accelerazione visto che
r
r
F = ma e che la massa – grandezza fisica definita per misurare la quantità di materia e, quindi,
l’inerzia, degli oggetti materiali – segue, grazie al suo significato fisico, addirittura una legge di
conservazione (dm / dt = 0) manifestando, in tal modo, un’indipendenza dal tempo la cui misura è,
peraltro, considerata assoluta (invariante per antonomasia e indipendente dal riferimento) da tutta la
Fisica classica. In realtà, la conclusione di questa teoria relativistica – il principio di relatività
classica2 – garantisce l’invarianza delle leggi della meccanica, soltanto per cambiamenti di
riferimento inerziale; a garantire l’invarianza di quelle stesse leggi anche per i riferimenti accelerati,
provvede l’introduzione e la definizione delle forze apparenti o fittizie (forza d’inerzia, forza
centrifuga, forza di Coriolis) le quali – ipotizzabili e definibili soltanto dai riferimenti accelerati –
permettono anche a questi ultimi, di interpretare alla luce delle leggi di Newton, qualunque
fenomeno meccanico osservato in modo non inerziale.
La teoria relativistica di Einstein è, invece, quella che garantisce l’invarianza delle leggi di
Maxwell3 ovvero delle leggi della propagazione ondulatoria di energia la cui emissione e il cui
assorbimento da parte della materia, sono interpretabili, al contrario, per mezzo dell’attribuzione
all’energia, di una struttura corpuscolare (fotone). Proprio per questo, è la teoria relativistica che
accompagna il fondamento quanto-probabilistico adeguato alla descrizione e all’interpretazione dei
fenomeni microscopici (nonché di quelli macroscopici considerati come evidenza macroscopica di
infiniti eventi microscopici) e distingue, similmente alla teoria relativistica classica, fra i riferimenti
inerziali (teoria della relatività speciale o ristretta) e i riferimenti anche accelerati (teoria della
relatività generale). Il fatto di dover "partire" dall’invarianza della velocità e, anzi, dall’invarianza
della velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche, imposta come postulato della
relatività speciale, ha alcune conseguenze: da una parte, le misure di tempo perdono la loro
assolutezza e diventano dipendenti dalla velocità relativa fra riferimento e fenomeno osservato e,
dall’altra, la massa diventa a sua volta dipendente da questa medesima velocità.
È necessario mettere in evidenza che, così come si può recuperare la Fisica classica quale limite
macroscopico della meccanica quantistica, ogni volta che il fenomeno studiato coinvolge masse ed
energie infinite rispetto a quelle dei costituenti microscopici della massa e dell’energia, nello stesso
modo si può recuperare la teoria relativistica classica quale limite macroscopico, ogni volta che le
velocità coinvolte sono infinitesime rispetto a quella di propagazione delle onde elettromagnetiche.
1
Si considera invariante qualunque grandezza fisica che evidenzi di essere indipendente dal riferimento fissato per
osservare un determinato fenomeno.
2
«Qualunque osservatore di un fenomeno di movimento macroscopico che sia riferimento inerziale ovvero che sia
dotato di una velocità costante relativamente al fenomeno osservato, non ha modo di distinguere fra il proprio essere in
quiete e il proprio essere in moto rettilineo uniforme rispetto al fenomeno stesso.».
3
Visto che queste 4 leggi hanno come "perno", la velocità di propagazione del campo elettromagnetico e, quindi, delle
onde elettromagnetiche, secondo la teoria relativistica classica, non sarebbero invarianti come non lo è la velocità.
