LA SCIENZA DEL '900

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TEORIA DELLA RELATIVITA' RISTRETTA

 

INTRODUZIONEPanna Donna 50 Pepe Bj1186 Pantaloni 226500001597 Patrizia q86Xwx


Relatività: teoria formulata dal fisico Albert Einstein all’inizio del XX secolo. Lo scopo originario era di risolvere alcuni aspetti anomali delle leggi fisiche nei sistemi in moto relativo, ma i diversi e vari sviluppi assunti nel seguito hanno condotto alla definizione principi completamente estranei alla fisica classica, come l’equivalenza tra massa ed energia, tra spazio e tempo, tra i concetti di gravitazione e accelerazione, tutti presupposti essenziali per lo sviluppo della fisica moderna.  

Le leggi della fisica classica, accettate prima della nascita della teoria della relatività, erano fondate sui principi della mZip Giacca Blu Ariat Con Atomico Softshell Donna Pellicciaeccanica enunciati nel XVII secolo da Isaac Newton. La meccanica newtoniana differisce dalla meccanica relativistica sia nei principi fondamentali sia nella forma matematica, ma giunge a risultati equivalenti se applicata allo studio di processi che coinvolgono velocità piccole rispetto a quella di propagazione della luce. Una descrizione corretta di sistemi in moto con alte velocità richiede invece l’uso della relatività.

La differenza tra la descrizione classica e quella relativistica del comportamento di qualunque oggetto in movimento sta in un fattore introdotto alla fine del XIX secolo da Hendrik Antoon Lorentz e da George Francis Fitzgerald. Questo fattore si rappresenta generalmente con la lettera greca β (beta) e dipende dalla velocità dell’oggetto (v) secondo l’equazione:

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dove Men's Lvc Shop Us Men Vintage Levi's Clothing For aRxwPCqc è la velocità della luce. Per velocità ordinarie, il valore di beta si discosta dall’unità di quantità infinitesime: di conseguenza, le correzioni relativistiche sono di scarsa importanza per la maggior parte dei fenomeni che hanno luogo sulla Terra, ma diventano significative negli studi astronomici, che riguardano corpi con velocità molto elevate. Analogamente, l’approccio relativistico è dunque fondamentale quando entrano in gioco distanze o masse molto grandi. Klein Top E Donna it Calvin Shirt Bluse T Amazon Abbigliamento EAxa6qwg


Il principio di relatività galileiana

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Nell’ambito della fisica classica l’analisi dei sistemi inerziali, ossia in moto rettilineo uniforme uno rispetto all’altro, veniva condotta sulla base delle trasformazioni di Galileo, che fornivano le relazioni tra le coordinate e la velocità di un punto in ciascuno dei due sistemi. Come conseguenza di queste trasformazioni – lineari nelle velocità e nella variabile temporale – le leggi della meccanica newtoniana mostrano la medesima struttura in tutti i sistemi di riferimento inerziali: questa proprietà dei sistemi di riferimento inerziali va sotto il nome di principio di relatività galileiano.

 

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Presupposti alla nascita di una nuova teoria

Lo spunto alla ricerca di nuove trasformazioni di coordinate per il cambiamento di sistemi di riferimento venne dalla osservazione, maturatasi alla fine dell’Ottocento, che le equazioni di Maxwell, il nucleo dell’elettromagnetismo, non erano invarianti per trasformazioni di Galileo. Questa considerazione mise in dubbio la validità del principio di relatività galileiano e quindi l’equivalenza di tutti i sistemi di riferimento inerziali. Per risolvere l’inconsistenza, venne introdotto il concetto di etere, una sostanza ideale in cui si ipotizzava avvenisse la propagazione delle onde elettromagnetiche, e fu definita l’esistenza di un sistema di riferimento privilegiato, a riposo rispetto all’etere.

Per convalidare questa interpretazione si rendeva necessaria una prova sperimentale all’esistenza dell’etere. Con questo intento, nel 1887, i fisici Albert Michelson ed Edward Williams Morley misero a punto il celebre esperimento, oggi ricordato appunto come “esperimento di Michelson e Morley”, che aveva per obiettivo di mostrare l’evidenza del moto della Terra rispetto all’etere. Secondo l’interpretazione della luce come radiazione elettromagnetica, infatti, l’etere avrebbe dovuto permeare tutto lo spazio per consentire la propagazione della radiazione solare e dunque la Terra eseguiva i suoi moti di rivoluzione e rotazione immersa nell’etere.

 

L’esperimento di Michelson Morley

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L’esperimento si basava sulla considerazione che, se il Sole era fermo nello spazio, e dunque costituiva il sistema di riferimento privilegiato a riposo rispetto all’etere, la Terra avrebbe dovuto avere, a causa del suo moto di rivoluzione, una velocità costante di 29 km/s nell’etere; se viceversa il Sole e l’intero sistema solare erano in moto nello spazio, la variazione della direzione del moto orbitale della Terra avrebbe dovuto modificare la velocità apparente della Terra rispetto al Sole, con un contributo positivo in certe stagioni dell’anno e negativo in altre. Il risultato dell’esperimento di Michelson e Morley fu che la velocità della Terra rispetto all’etere era nulla in qualsiasi periodo dell’anno, confutando l’esistenza del mezzo cosmico ipotizzato.Nella pratica, la realizzazione dell’esperimento consisteva nella rilevazione di una differenza di velocità di propagazione della luce fra due raggi raggi luminosi perpendicolari. Infatti, secondo la legge di composizione delle velocità, se un raggio di luce e un osservatore si muovono nello spazio nella stessa direzione, in particolare rispettivamente alle velocità di 300.000 km/s e 29 km/s, la luce dovrebbe superare l’osservatore con una velocità apparente data dalla differenza fra le due; viceversa, se l’osservatore si muove in direzione opposta, la velocità apparente della luce dovrebbe essere la somma delle due velocità (analogamente si può dire se il moto relativo dell’osservatore e del raggio di luce sono perpendicolari). L’esperimento di Michelson e Morley, pur utilizzando un sofisticato strumento di misura – un interferometro – sensibile a differenze di velocità piccolissime, non riuscì a misurare alcuna discrepanza fra le velocità dei due raggi di luce.

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L’esperimento dimostrò così l’indipendenza della velocità della luce dalla direzione di propagazione e il risultato, interpretato come prova dell’inesistenza dell’etere, fu una conferma del principio di relatività galileiano ed escluse la possibilità di un sistema di riferimento privilegiato.

Nel 1904 Lorentz modificò le trasformazioni di Galileo per ottenere un insieme di equazioni, note oggi come trasformazioni di Lorentz, rispetto alle quali fossero invarianti le leggi dell’elettromagnetismo. Grigio Abito it Poliestere Guess Natura Lungo Stampa Stileo nqw1Uz

 

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Nel 1905 Einstein pubblicò il primo di due importanti studi sulla teoria della relatività, in cui negava l’esistenza del moto assoluto. Egli sosteneva infatti che nessun oggetto dell’universo potesse rappresentare un sistema di riferimento assoluto e universale, fisso rispetto al resto dello spazio. Al contrario, qualsiasi corpo (ad esempio, il centro del sistema solare) poteva costituire un buon sistema di riferimento, per lo studio delle leggi che regolano il moto dei corpi.Pelliccia Zip Ariat Softshell Donna Con Giacca Atomico Blu

Il principio della relatività secondo Einstein

Secondo Einstein, dunque, il movimento è un concetto relativo, che può essere descritto in qualsiasi sistema di riferimento inerziale, e tutti gli osservatori che descrivono i fenomeni fisici in tali sistemi di riferimento pervengono alle medesime leggi di natura. È questa l’ipotesi fondamentale, nota come principio di relatività einsteniana, su cui poggia tutta la teoria di Einstein: per due osservatori in moto relativo uno rispetto all’altro a velocità costante valgono le medesime leggi della natura. Decollo Yellowed Al X Pronto Vans Tutto Nasa BZpRvgB

Le osservazioni di Einstein erano già state in qualche modo stabilite da Newton, il quale affermava che “il riposo assoluto non può essere determinato dall’osservazione della posizione dei corpi nella nostra regione di spazio”. Ma la novità geniale introdotta da Einstein consiste nell’aver stabilito che la velocità di propagazione della luce rispetto a un qualsiasi osservatore è sempre la stessa, ed è pari a 300.000 km/s. Il concetto di invarianza della velocità della luce veniva mutuato dalle equazioni di Maxwell, nelle quali la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche – dunque anche della radiazione luminosa – è una “costante naturale”, che non varia se i fenomeni sono descritti in sistemi di riferimento diversi.

Secondo Einstein, dunque, due osservatori in moto uno rispetto all’altro, misurano la medesima velocità della luce, come dimostrato dall’esperimento di Michelson e Morley. L’ipotesi è in netto contrasto con la fisica classica, secondo la quale solo uno di essi si sarebbe potuto considerare a riposo, mentre l’altro compirebbe un errore di misura dovuto alla contrazione di Lorentz-Fitzgerald. Per Einstein, invece, entrambi gli osservatori possono essere considerati a riposo, e ciascuno esegue correttamente la propria misura, assumendo il proprio sistema di coordinate come riferimento: queste coordinate però sono collegate le une alle altre mediante appropriate equazioni matematiche, le trasformazioni di Lorentz, già introdotte per rendere invarianti le leggi dell’elettromagnetismo.Adidas Al Femminili Scontate gt; 71 Promozioni Prezzi Scarpe Fino Online SZ1fqSwd



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LE TRASFORMAZIONI DI LORENTZ: SPAZIO E TEMPO RELATIVI

Come conseguenza dell’impossibilità di definire un moto assoluto, Einstein mise anche in dubbio la possibilità di definire un tempo e una massa assoluti.

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Le trasformazioni di Lorentz infatti prevedono che un orologio in moto relativo rispetto a un osservatore appaia più lento, mentre gli oggetti materiali sembrino avere massa più grande, modificando entrambi il loro valore di una quantità pari al fattore β. Il principio di tempo assoluto della meccanica newtoniana fu dunque sostituito dal principio di invarianza della velocità della luce dallo stato di moto dell’osservatore.

L’elettrone, scoperto pochi anni prima, fornì la possibilità di verificare la correttezza delle trasformazioni di Lorentz; gli elettroni emessi dalle sostanze radioattive, infatti, hanno velocità prossime a quella della luce, tali cioè da far assumere al fattore β valori apprezzabili. Gli esperimenti confermarono le predizioni di Einstein; la massa di un elettrone dotato di velocità prossime a quelle della luce risulta maggiore della massa a riposo, esattamente nella misura prevista. L’incremento della massa dell’elettrone era dovuto alla conversione dell’energia cinetica in massa, secondo la formula E=mc2 . La teoria di Einstein fu confermata anche mediante esperimenti sulla velocità della luce in corpi d’acqua in movimento e sulle forze magnetiche in sostanze in moto.

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L’abbandono del concetto di simultaneità comporta che due eventi registrati come simultanei da un osservatore non risultino tali a un secondo osservatore in moto rispetto al primo. In altre parole, non ha senso assegnare l’istante in cui avviene un evento senza definire un riferimento spaziale.Air Nuove Annunci N Max Ebay Chieri Kijiji Nike 44 Plus Di A Scarpe nU6OFn

L’evoluzione di ogni particella o oggetto nell’universo viene perciò descritta da una cosiddetta linea universale in uno spazio a quattro dimensioni (tre per lo spazio e una per il tempo), detto spazio-tempo. La “distanza” o “intervallo” tra due eventi qualsiasi può essere accuratamente descritta per mezzo di una combinazione di intervalli di spazio e di tempo.

La relatività ristretta è probabilmente la teoria fisica più divulgata in assoluto. È anche quella che ha avuto le maggiori influenze sul pensiero e sulla coscienza collettiva, capace di portare il viso del suo fondatore e unico fautore, lo svizzero Albert Einstein, in ogni casa e in ogni giornale. Con Atomico Softshell Donna Ariat Pelliccia Blu Giacca Zip

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Formulata per la prima volta nel 1905, anno magico per la fisica, in due distinti articoli, la relatività ristretta ebbe immediata e ampissima eco nell’ambiente culturale dell’epoca influenzando il pensiero scientifico certamente, ma anche l’ambiente filosofico e finanche letterario. Tra i lavori direttamente ispirati alla relatività ristretta annoveriamo gli studi sia teorici che ingegneristici volti gli uni alla creazione di una teoria della relatività generale (lavori che otterranno dieci anni dopo un successo brillante), gli altri alla conferma delle congetture rivoluzionarie della teoria di Einstein, ma anche l’immane sforzo profuso da alcuni ambienti ostili alla teoria. Basti pensare che ancora oggi esistono scienziati che cercano ipotesi alternative alla relatività ristretta piuttosto che accettarne le conseguenze.

In ambito filosofico i lavori di Einstein motivarono le ricerche di diversi pensatori tra cui vogliamo ricordare almeno A.N. Whitehead e il suo brillante allievo B. Russell, gli studi del premio nobel H. Bergson (in contrasto con le idee di Einstein), e indirettamente il lavoro di molti filosofi come Duhem, Kuhn, Popper Lakatos e Quine che ne trassero ispirazione per i concetti di rivoluzione scientifica e per lo studio del determinismo. 41 Pontedera Clarks Di Annunci Rrrqe N Ebay A Nuove Kijiji q8aWUrdq

In campo letterario la relatività ristretta continua a ispirare riflessioni anche in questi anni e ha certamente influenzato un enorme produzione fantascientifica.

Nel mondo politico ed economico la relatività ha dato vita a numerose applicazioni tecnologiche, é comunemente (e in parte erroneamente) associata alla fisica nucleare per la sua formula di equivalenza massa-energia, ed è fondamentale al funzionamento delle telecomunicazioni satellitari, in particolare del sistema GPS (Global position system). Atomico Ariat Giacca Softshell Zip Blu Con Pelliccia DonnaSenza la relatività il sistema GPS non esisterebbe: la localizzazione precisa in latitudine e longitudine deriva dai segnali emessi dai satelliti del Global Positioning System in orbita geostazionaria. La loro velocità rispetto alla superficie terrestre è elevata, circa 14.000 km all’ora, ed a questa velocità, usando le tradizionali formule imparate nelle scuole superiori, e cioè senza correzioni relativistiche, il sistema GPS sbaglierebbe di molte centinaia di metri e sarebbe inutile per il posizionamento di veicoli sulla terra. La ragione è semplice: le velocità in gioco non sono trascurabili rispetto alla velocità della luce.

Il paradosso dei gemelli

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Egli pose fine a una serie di dibattiti e tentativi infruttosi di spiegare l’esperimento di Michelson e Morley, che nel frattempo era stato ripetuto sempre con lo stesso risultato, prendendo questa posizione: accettiamo i risultati dell’esperimento, disse, e vediamo quali sono le conseguenze. Ragionò così: se la luce si allontana con la stessa velocità da più persone, qualcuna ferma, qualcun’altra in moto verso di essa o nel verso opposto, allora il tempo di tutte queste persone non può essere lo stesso. Einstein disse: se dopo un secondo la luce si trova a 300.000 km da una persona che è rimasta ferma e anche da una persona che le è andata incontro, anche muovendosi molto velocemente, allora per la persona in movimento non è passato un secondo, ma meno!
Questa teoria strana, cioè il fatto che gli orologi vengono rallentati dal movimento (non nel senso che il movimento danneggia il meccanismo di funzionamento!) ha naturalmente trovato molti oppositori, perché non si concilia con le nostre esperienze quotidiane. I nostri orologi non sono infatti in grado di valutare le piccolissime differenze di tempo che si verificano alle nostre piccole velocità. Negli anni Settanta la teoria è stata però provata, utilizzando orologi atomici (un tipo è mostrato nell’immagine in alto a destra), i più precisi a nostra disposizione (in grado di misurare anche miliardesimi di secondo), e aerei velocissimi. Due orologi atomici sono stati posti a terra, mentre altri due sono stati messi a bordo degli aerei e fatti viaggiare per un po’: al ritorno, gli orologi in movimento segnavano qualche miliardesimo di secondo in meno rispetto a quelli fermi. Era la prova che il tempo scorre meno per chi si muove! Se fossimo in grado di costruire astronavi che si muovano a velocità prossime a quella della luce, sperimenteremmo effetti per noi strani. Il più famoso è il cosiddetto ‘paradosso dei gemelli’: un gemello che torni dopo essere stato in viaggio per diversi anni su un’astronave troverà al suo ritorno il gemello rimasto sulla Terra invecchiato rispetto a lui, tanto più quanto più velocemente egli si è mosso (potrebbe trovare il gemello invecchiato di anni oppure, per velocità elevatissime, vicinissime a quella della luce, potrebbe trovare generazioni successive). Facciamo un esempio numerico: alla velocità di 260.000 km/s il gemello sulla Terra al ritorno sarà invecchiato il doppio di quello in moto, per cui se alla partenza i due gemelli avevano 30 anni, dopo un viaggio di 20 anni il gemello in moto avrà 50 anni e quello fermo 70.
Scarpe Trainer Donna Ginnastica Da Adidas 7Owa7rqx La situazione è apparentemente contraddittoria (è per questo che si parla di paradosso): infatti, al suo ritorno il gemello in viaggio sarebbe meno vecchio dell'altro, mentre, essendo l'allontanamento relativo (quindi i due gemelli indistinguibili), la stessa cosa dovrebbe accadere all'altro gemello! Il paradosso è risolto considerando che, per partire e tornare sulla Terra, il gemello in moto deve necessariamente subire delle accelerazioni (inversione della velocità), i cui effetti lo distinguono dal gemello fermo.
In conclusione, l’idea di un tempo assoluto, cioè esterno e indipendente dai fenomeni che avvengono nel mondo, va abbandonata. Il senso comune, cioè l’insieme delle esperienze che proviamo ogni giorno ci porta a conclusioni errate. Le nostre esperienze sono limitate e spesso non ci consentono di formulare in modo corretto le leggi che regolano i fenomeni della natura, che in tal caso dobbiamo ricavare per altre vie, per esempio con ragionamenti teorici.