La relatività ristretta

La relatività ristretta

Per descrivere un qualsiasi fenomeno fisico si deve partire dal fatto che un certo fenomeno è avvenuto in un determinato istante, in un certo punto dello spazio. Introdotto quindi un sistema di riferimento ( t, x, y, z) in cui t indica l'istante in cui tale fenomeno è avvenuto e le altre tre lettere le coordinate spaziali del luogo dove esso è avvenuto, si definisce evento la quaterna ordinata  ( t, x, y, z).

La descrizione dello spazio con tre assi cartesiani particolari, però, non ha alcun significato fisico; è soltanto una scelta arbitraria che può variare da osservatore ad osservatore.

Un discorso analogo, nella teoria della relatività, si può fare pure per l'intervallo di tempo ∆t.

Dati due eventi separati dagli incrementi delle quantità ∆t ∆x ∆y ∆z, esiste una quantità chiamata intervallo invariante ∆σ equivalente alla radice della quantità   = (c∆t)² - (∆x)² - (∆y)² - (∆z)²

Nel sistema di riferimento solidale con il fenomeno dove i due eventi di inizio e di fine hanno le stesse coordinate spaziali, mentre la sua durata ∆t è pari all'intervallo di tempo proprio τ,

∆t = ∆τ  e ∆x = ∆y = ∆z =0

ne risulta quindi che ∆σ = c∆τ.

In definitiva lo spazio quadrimensionale ( t, x, y, z) nel quale l'intervallo invariante tra due eventi è (∆σ)²= (c∆t)² - (∆x)² - (∆y)² - (∆z)² prende il nome di spazio-tempo.

L'equivalenza tra massa ed energia

Nella meccanica classica vi sono due leggi separate ed indipendenti che riguardano la conservazione della massa e la conservazione dell'energia. Nella relatività si scopre, invece, che la grandezza fisica "massa" non si conserva separatamente dall'energia. La massa non è altro che una forma di energia che si somma all'energia cinetica e potenziale nell'enunciare la conservazione dell'energia meccanica.

La teoria della relatività afferma che, se un corpo assume una quantità di energia E, la sua massa non si conserva bensì aumenta della quantità

∆m = E . ;

c²

al contrario, nel momento in cui il corpo perde energia, la sua massa diminuisce.

Grazie a questa formula si può affermare che la massa stessa è una forma di energia che scompare quando compare energia e viceversa. Tutte le trasformazioni sono regolate dalla relazione di Einstein  E=mc². Ne risulta quindi che un corpo fermo possiede un'energia E₀ = m₀ c₀² che prende il nome di energia di quiete o riposo.