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Il sito è a cura del prof. Bernardo Croci, attualmente insegnante di filosofia presso il Liceo delle Scienze Umane Galilei di Firenze.

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Einstein giunse nel 1916 alla formulazione della Teoria delle relatività generale; L’universo da questo momento sarebbe cambiato radicalmente. Einstein sapeva che la velocità della luce, al di là di ogni condizione, rimaneva costante ed era pari a circa 299.000 km/sec. e che lo spazio ed il tempo non erano affatto assoluti, come ipotizzava Newton, ma relativi al moto dei corpi: aumentando o rallentando la velocità di un corpo le sue dimensioni subivano delle variazioni e con esse anche la sua dimensione temporale. Anzi il tempo non era altro che una quarta dimensione intrinsecamente connessa alle tre dimensioni spaziali: vi era cioè un continuum spazio-temporale.

Peraltro un corpo in movimento è evidentemente carico di una maggior energia, ciò non poteva che significare che lo spazio-tempo non variava solo in presenza di una sostenuta velocità, ma in presenza di grandi quantità di energia.

Ma per estendere la relatività a tutti i fenomeni  Einstein necessitava di una teoria che comprendesse anche i moti non uniformi ovvero quelli accelerati e decelerati, che sono di fatto la maggioranza assoluta tra quelli che ci circondano, ed ovviamente comprendesse anche il fenomeno della gravitazione universale.

Su questo Einstein ebbe un'ulteriore intuizione ovvero che accelerazione e gravità potessero essere interpretati come uno stesso fenomeno.

Einstein ha introdotto nello spazio-tempo di Minkowsky, che era pseudoeuclideo, la nozione di curvatura tratta da Riemann, postulando che la presenza di grandi masse di materia in una regione spaziale determini la curvatura di tale regione; ciò che ne risulta non è più lo spazio newtoniano fornito di una propria esistenza astratta, ma uno spazio interagente con la materia. https://www.thesolver.it/wp-content/uploads/2017/11/curvaturast.png

In questo senso Einstein poteva affermare: «Cartesio non era dunque così lontano dal vero quando credeva di dover escludere l'esistenza di uno spazio vuoto. Tale nozione appare invero assurda finché la realtà fisica viene vista esclusivamente nei corpi ponderabili. Solo l'idea di campo come rappresentante la realtà, in combinazione con il principio generale di relatività, riesce a rivelare il vero senso dell'idea di Cartesio: non esiste spazio vuoto di campo» L'importanza di questa concezione della materia sta nel fatto che per un lato essa costituisce un superamento della concezione newtoniana che vede materia e spazio separati, e per l'altro è il tentativo di parlare geometricamente della materia per mezzo del concetto di campo. Ora, diversamente dai campi elettrici e magnetici, il campo gravitazionale non dipende né dal materiale né dallo stato fisico del corpo in questione. Con le parole di Einstein: «Secondo la legge newtoniana del moto, abbiamo

(forza) = (massa inerziale) x (accelerazione)
dove la " massa inerziale " è una costante caratteristica del corpo accelerato. Inoltre, se la gravitazione è la causa dell'accelerazione gravitazionale, avremo come definizione:
(forza) = (massa gravitazionale) x (intensità del campo gravitazionale) dove la " massa gravitazionale '' è egualmente una costante caratteristica del corpo. Da queste relazioni segue che

l . (massa gravitazionale) (accelerazione) = (massa inerziale) x (intensità del campo gravitazionale)»

Poiché in qualsiasi punto di un campo gravitazionale l'accelerazione deve essere indipendente dalla natura e dallo stato del corpo che si trova in quel punto, ne segue che il rapporto fra massa gravitazionale ed inerziale dev'essere lo stesso per tutti i corpi e con un'opportuna scelta di unità di misura può essere reso uguale all'unità. Ossia le due masse risultano uguali. 

Secondo Einstein però non si tratta solo di registrare l'esistenza di questa eguaglianza, ma di spiegarla; ciò può esser fatto solo assumendo come principio quanto dev'essere dimostrato e fondando ex novo su quel principio la teoria della gravitazione, proprio come aveva proposto Mach, il quale aveva intravisto il problema. Questo programma inoltre va congiunto con un altro, che è l'estensione dei risultati della teoria della relatività speciale a tutti i sistemi di riferimento in moto reciproco qualunque (dunque non più solo in moto reciproco uniforme). Per far questo, Einstein elenca nell'Introduzione dei Fondamenti della relatività

generale, del 1916, tre gruppi di idee: l'uso della teoria spazio-temporale con cui Minkowsky aveva dato una forma particolarmente interessante alla relatività speciale; il calcolo tensoriale creato da Gauss, Riemann e Christoffel « eretto a sistema da Ricci e Levi-Civita e da essi applicato ai problemi della fisica teorica»; ed infine il principio di equivalenza fra masse inerziali e gravitazionali, di cui si è parlato poco sopra.

La nuova legge di gravitazione prevedeva fin dal 1916 alcuni fenomeni osservabili:

-Il moto dei pianeti dovrebbe essere lievemente rallentato in presenza di forti campi gravitazionali. Ciò dovrebbe spiegare un fenomeno che gli astronomi hanno osservato nel caso dell'orbita di Mercurio. L'orbita ellittica di questo pianeta ruota lentamente attorno al suo piano ed il suo perielio, o punto più vicino al sole, anticipa di 43" sec.  ogni secolo rispetto ai valori stabiliti dal calcolo della astronomia newtoniana. https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn%3AANd9GcRwGoao4MGeeKFCGI35OvGPz0mLBYYJS-rvO_DtCTXdxDU5yYP_&usqp=CAU

-I raggi luminosi che passano vicino ad un corpo di massa assai grande debbono venire deviati in prossimità di esso. http://astrocultura.uai.it/astrofisica/einstein/LENS2.jpg

-Lo spostamento verso il rosso dei raggi spettrali della luce che ci inviano le stelle di massa imponente.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/Gravitational_redshift_neutron_star.jpg

Il problema era trovare che cosa fosse realmente questa energia; dopo numerosi studi Einstein formulò la sua celebre equazione E=mc2.   Questa formula non solo crea un legame tra massa (m), velocità della luce (c) ed energia posseduta da un corpo, ma suggerisce anche una soluzione alla questione legata alla forza di gravità. La gravità non viene più interpretata come una forza che agisce a distanza ma come una curvatura dello spazio-tempo. La curvatura è l’effetto di una massa di energia nei confronti dello spazio-tempo circostante, che viene incurvato tanto di più quanto più grande è la massa che gli sta vicino, per cui i moti dei pianeti non sarebbero né ellittici né circolari, bensì rettilinei, ma su spazi curvi! Apparendo a noi come se fossero orbite ellittiche. Questo risolveva ogni problema di tipo meccanico sui moti planetari che in realtà non facevano altro che muoversi di moto rettilineo uniforme (la condizione naturale di ogni corpo in assenza di attrito) su spazi incurvati.

https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRqu2JL4KkxlQgLyie8GG4lsFzdikCESWGO8AMMAeeY51URvf4T

Tornando all’esperimento del secchio di Newton, appare a prima vista che Einstein desse ragione a Mach; in realtà secondo la teoria della relatività i fenomeni osservati nella rotazione del secchio si verificherebbero anche in uno spazio completamente vuoto. Questo perché malgrado spazio e tempo siano relativi tra loro ed assumano valori distinti a seconda delle condizioni, il tessuto spaziotemporale in quanto entità per Einstein non è meno reale dello spazio e del tempo newtoniano, anzi tale concetto sta alla base della riformulazione della legge di gravità (motivo per il quale il nome di legge di relatività allo scienziato non piaceva molto). Einstein si era posto il problema di come materialmente si trasferisse la forza di gravità da un corpo ad un altro. Egli invece di considerare l’esistenza di una specie di forza che attraverso una qualche sostanza si sarebbe trasmessa da un corpo ad un altro, ipotizzo che la gravità non fosse altro che l’increspatura e la curvatura dello spaziotempo in prossimità di una massa o di una fonte di energia. In sostanza lo spazio si sarebbe comportato come una superficie flessibile; se sopra vi viene appoggiato un oggetto questa si incurva creando un avvallamento intorno all’oggetto, se, invece, non è soggetta ad alcuna pressione essa rimane liscia e senza irregolarità. Pur tenendo conto che si tratta di uno spazio tridimensionale è possibile farsi un idea di ciò che accade prendendo un foglio di carta tra le mani e poggiandovi al centro una bilia di metalli, lo spazio attorno alla bilia tenderà a curvarsi in virtù dell’avvallamento creato dalla pressione della bilia stessa su foglio. Dunque, in base a questa prospettiva, la “forza di gravità” non agisce tanto sui corpi circostanti quanto sullo spazio che li circonda. La Terra non è direttamente attratta dal Sole, ma scorre lungo le curvature dello spazio prodotte dalla grande massa del Sole. Allo stesso modo noi siamo attratti al suolo perché scivoliamo pressoché in verticale sullo spazio che circonda la Terra, ed è solo grazie al terreno sottostante che ci è impedito di sprofondare al centro del pianeta. Tale teoria permette di calcolare, con una precisione assai più elevata, le orbite e le traiettorie dei corpi nello spazio che risulta pieno di curvature ed irregolarità prodotte dalla presenza di stelle e pianeti; anche la luce subiva delle deviazioni in prossimità delle masse stellari. Il tutto rende effettivamente reale lo spaziotempo o, come avrebbe voluto Newton, lo rende assoluto. Einstein calcolò anche che la velocità con cui la gravità si trasmette da una massa allo spazio circostante è esattamente pari alla velocità della luce, che è appunto la velocità limite ammessa dalla teoria della relatività ristretta. https://thumbs.dreamstime.com/b/pianeti-della-luna-terra-di-relativit%C3%A0-spazio-tempo-curvatura-del-campo-gravit%C3%A0-pianeta-141121036.jpg

Ricapitolando: Einstein aveva costruito da un lato un’immagine relativa dello spazio e del tempo presi singolarmente dall’altro una struttura spaziotemporale reale ed assoluta; secondo lo scienziato ogni cosa era collocata in un punto ben preciso di questa struttura, rappresentabile come un lunghissimo parallelepipedo: se poniamo una serie di immagini in una struttura così fatta, ci rendiamo facilmente conto che a seconda di come sezioniamo lo spaziotempo (immaginiamo di fare dei tagli con un coltello) cambia il punto di osservazione cosi che due eventi, che secondo un certo taglio appaiono simultanei, in un altro possono risultare l’uno successivo all’altro.

Nel 1919 Arthur Eddington, direttore dell'osservatorio di Cambridge confermò la predizzione del fenomeno della deflessione della luce previsto dalla teoria generale della relatività

Eddington convinse il governo inglese di sua Maestà a finanziare due spedizioni, in quanto il fenomeno era visibile solo nella fascia equatoriale dell'Atlantico, una si recò in Amazonia, l'altra sulle coste occidentali dell'Africa. Il 29 maggio 1919 furono acquisiti i dati e dopo qualche mese arrivò la conferma che le previsioni della teoria di Einstein erano esatte.

Quando fu chiesto allo scienziato come avrebbe reagito se l'esito lo avesse sconfessato invece che confermato, Einstein rispose con queste parole: "Mi sarebbe dispiaciuto per il buon Dio, perché la teoria è corretta".

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