Relatività Ristretta

Introduzioni in italiano

  • A1) Edwin F. Taylor, John Archibald Wheeler - Spacetime physics- 2nd ed. (1992)
    Online https://www.eftaylor.com/spacetimephysics/ — Copia Locale
    trad.it. Fisica dello Spazio Tempo (2018)
    John Wheeler: https://it.wikipedia.org/wiki/John_Archibald_Wheeler
  • A2) Daniel F. Styer - Relativity for the Questioning Mind - (2011)
    trad.it. Capire davvero la relatività (2012)
    Home Daniel Styer: https://www2.oberlin.edu/physics/dstyer/
  • A3) Elio Fabri - Insegnare relatività nel XXI secolo. Dal “navilio” di Galileo all’espansione dell’Universo, Quaderno AIF n.16, aprile-giugno 2005
    Online https://www.sagredo.eu/Q16/ — Copia Locale
  • A4) Max Born, Einstein’s Theory of Relativity (1962)
    trad.it. La sintesi einsteniana (1976)
  • A5) Richard Feynman - Sei pezzi meno facili. relatività einsteniana, simmetria, spazio-tempo. (2004)
    (sei lezioni estratte dalle Feynman’s Lectures on Physics)
  • A6) Clement V. Durell, “Readable Relativity” (1960) trad.it. “La relatività con le quattro operazioni”, 2° ed.

Introduzioni in inglese

  • B1) David J. Morin - Special Relativity. For the Enthusiastic Beginner (2017)
  • B2) N. David Mermin - It’s About Time: Understanding Einstein’s Relativity(2019)
  • B3) Robert L. Mills - Space, Time and Quanta (1994) - Part I (Space and Time)

Se si deve consigliare un solo libro per studiare la teoria della relatività ristretta è A1, “Fisica dello Spazio Tempo”, di John Wheeler ed Edwin Taylor. Wheeler, uno dei più importanti scienziati del XX secolo, non dovrebbe aver bisogno di presentazioni. Pioniere in fisica nucleare, relatività generale, gravità quantistica, geometrodinamica, maestro di premi Nobel (da Feynman a Thorne), ha inventato i geoni, la schiuma quantistica, il termine “buco nero”, il Principio Antropico Partecipato, il Principio “It from Bit” (Tutto è informazione, non esiste realtà fisica senza prima una struttura informativa). Coautore dell’Apple Book (il Libro della Mela, Gravitation, con Misner ed il premio Nobel Thorne, suo allievo), una Bibbia per i profeti della relatività generale. La trattazione in Fisica dello Spaziotempo è rigorosa ed approfondita, ma non richiede particolari conoscenze pregresse di matematica, e neppure di fisica. La seconda edizione inglese è gratis online, con una copia anche su questo sito, ed è stata tradotta e pubblicata in italiano. Anche il seguito, sulla teoria della relatività generale, Exploring Black Holes, è gratis online, ma purtroppo non è stato tradotto.

Un’alternativa un pò meno impegnativa e complementare è partire da A2, Capire davvero la relatività, di Daniel Styer, docente di Fisica all’Oberlin, famoso College for Liberal Arts (tra i primi al mondo, all’inizio del XIX secolo, ad essere aperto anche a donne, negri, indiani e minoranze). Anche questo richiede poca matematica ma non si limita a dare un’idea vaga della teoria di Einstein, ma cerca di farla comprendere a fondo.

Il volume di Elio Fabri (professore emerito Univ. e Normale di Pisa) si rivolge principalmente agli insegnanti delle scuole medie superiori,ma può essere utilizzato con profitto anche da ogni studente del liceo. Basato su corsi sulla didattica della fisica moderna tenuti presso AIF-SIF (Associazione per l’Insegnamento della Fisica, Società Italiana di Fisica) non è facilmente reperibile stampato come quaderno AIF. Ma si scarica gratis online, con una copia anche su questo sito.

L’opera divulgativa del premio Nobel Max Born ha molti anni ma è ancora molto valida per la sua impostazione, riflessa nel titolo italiano, la sintesi einsteniana: presentare la teoria della relatività non come una rivoluzione inaspettata ma come l’evoluzione naturale di tre secoli di storia del pensiero scientifico. Infatti i primi cinque capitoli sono dedicati ad un’introduzione alla fisica classica (meccanica, elettromagnetismo, ottica) e solo gli ultimi due alle teorie di Einstein. Il livello è adatto a qualunque studente dei licei. Un testo al quale sono molto legato affettivamente, perchè è uno dei primi libri che ho letto quando da ragazzo frequentavo appunto il liceo scientifico, ed è stata una vera illuminazione.

Un altro premio Nobel, Richard Feynman (ex allievo di Wheeler), è l’autore di un agilissimo volumetto dal titolo Sei pezzi meno facili, e contiene una selezione sei lezioni estratte dal leggendario corso La Fisica di Feynman, come il compagno Sei pezzi facili (si indovina dal titolo che andrebbe letto possibilmente prima di questo). Le sei lezioni non richiedono naturalmente particolari prerequisiti:

  1. Vettori
  2. Simmetria nelle leggi fisiche
  3. La Teoria della Relatività Ristretta
  4. Energia e quantità di moto relativistiche
  5. Lo spazio-tempo
  6. Lo spazio curvo

Un altro classico della divulgazione, che ha compiuto quasi 70 anni ma non li dimostra, l’introduzione di Durell, professore di matematica nei licei (tra i suoi allievi Freeman Dyson ha sfiorato il Nobel), che fin dal titolo italiano mette in evidenza che per capire la relatività ristretta bastano le quattro operazioni elementari, o poco di più (l’algebra dei primi anni dei licei).

Avrei potuto citare tante altre libri divulgativi sull’argomento, tra cui quelli dello stesso Einstein, di Bertrand Russel, di Steven Hawking, Carlo Rovelli e così via. Ma per la mia personale ed umile opinione non li ritengo utili come questi che ho elencato.

Piuttosto se uno se la cava con l’inglese può accedere ad molte altre pubblicazioni sull’argomento. Pochi libri sono tradotti in italiano, spesso sono pure tradotti molto male, e le pubblicazioni originale nella nostra lingua sono veramente rare. Quindi leggendo in inglese è molto più facile per un lettore trovare il testo più adatto a lui, dove può approfondire meglio la materia.
Tra i miei preferiti ci sono i testi di David Morin, David Mermin, Robert Mills.

  • David Mermin è un eminente fisico teorico americano, professore emerito alla Cornell Univ., studioso degli stati condensati della materia e di informatica quantistica, grande divulgatore, con una rubrica fissa sulla diffusa rivista Physics Today. It’s about time (E’ ora) contiene una esposizione chiara, vivace e informale della relatività speciale che adotta un approccio originale per introdurre i lettori alla natura del tempo. È accessibile a chiunque ricordi un po’ di algebra e geometria delle superiori (come i testi citati sopra di Styer, Born, Durell,…). Tenta di spiegare concetti profondi anche ai curiosi che non hanno una formazione scientifica tecnica.
  • David Morin è docente di Fisica presso la Harvard Univ. La sua passione per l’insegnamento l’ha portato a scrivere tanti manuali rigorosi ma di grande chiarezza su Algebra, Probabilità, Meccanica Classica, Elettricità e Magnetismo, Onde. Tutti i suoi volumi sono accessibili ad uno studente delle scuole medie superiori che incontra per la prima volta certe materie scientifiche. Non fa eccezione il suo lavoro sulla Relatività Speciale, completo, profondo e chiarissimo, anche su concetti in altri testi spiegati male o non trattati affatto. In origine il materiale era contenuto in un capitolo dell’introduzione alla meccanica classica, ma poi Morin lo ha migliorato ed espanso fino alle 450 pagine dell’ultima edizione.
  • Il nome di Robert Mills è legato alle teorie con invarianza di gauge non-abeliana di Yang-Mills, una delle componenti fondamentali del modello standard delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali. Alla fine degli anni ottanta, il prof. Mills, emerito di fisica teorica all’Ohio State University, accettò una sfida, un esperimento didattico. Spiegare la fisica moderna a chi non aveva mai seguito prima un corso di fisica: matricole del college, neo-diplomati appena usciti dal liceo. L’idea di fondo era che i giovani motivati ed affascinati dall’aver visto le scoperte più avanzate nei campi più in rapido progresso si sarebbero iscritti in massa alle facoltà scientifiche, e si sarebbero impegnati con maggiore entusiasmo nei corsi tradizionali dei primi anni (fisica generale, meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, onde,…) dopo aver visto dove potevano arrivare alle frontiere della ricerca. Mills divise il corso del primo semestre in tre minicorsi: Relatività (speciale e generale, con una spruzzata di fisica classica e statistica), Meccanica Quantistica, Particelle e Campi di Forza. Lo scienziato preparò il materiale supponendo che gli studenti conoscessero abbastanza bene la matematica del liceo (algebra, geometria analitica, trigonometria,..), un pò di derivate ed integrali, ma nulla di più. Anzi incluse un rapido ripasso di tutti i prerequisiti necessari. La prima parte, quella che ci interessa qui, sulla relatività ristretta, rimane tra le migliori introduzioni all’argomento

Classici della divulgazione

  • D1) Albert Einstein, “Relatività: esposizione divulgativa. Con scritti classici su spazio geometria fisica”, 5° ed. (2010)
  • D2) Albert Einstein, Leopold Infeld, “L’evoluzione della fisica”
  • D3) Julian Schwinger, “L’eredità di Einstein”
  • D4) George Gamow, “Mr. Tompkins nel paese delle meraviglie”

Opere, pensieri e citazioni di Albert Einstein

  • Albert Einstein - Le due relatività: Gli articoli del 1905 e del 1916 (2021)
  • Albert Einstein - Come io vedo il mondo. La teoria delle relatività
  • Albert Einstein - Pensieri, idee ed opinioni
  • Albert Einstein - Autobiografia scientifica
  • Albert Einstein, Alice Calaprice (a cura di) - The Ultimate Quotable Einstein

Biografie di Albert Einstein

  • Abraham Pais - Subtle is the Lord …: The Science and Life of Albert Einstein (1982) trad.it. “Einstein: Sottile è il Signore… La scienza e la vita di Albert Einstein” (2015)
  • Walter Isaacson - Einstein. La sua vita, il suo universo (2017)

Divulgazione in italiano

  • Amedeo Balbi - Inseguendo un raggio di luce. Alla scoperta della teoria della relatività (2021)
  • Simone Baroni - Capire il tempo e lo spazio. Un viaggio nella relatività di Einstein (2023)
  • Giorgio Chinnici - Assoluto e relativo. La relatività da Galileo ad Einstein e oltre (2015)

Per approfondire ulteriormente

  • Vincenzo Barone - Relatività. Principi ed Applicazioni (2004)
  • Anthony P. French - Special Relativity (2017)
  • Wolfgang Rindler - Relativity. Special, General, and Cosmological (2006).
  • Leonard Susskind, Art Friedman - Relatività ristretta e teoria classica dei campi.
  • John D. Jackson - Elettrodinamica classica
  • David J. Griffiths - Introduction to Electrodynamics, 5° ed. (2023)

Risorse Online in italiano

Sul concetto di massa