1. Cosa (non) è la teoria della relatività

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root(La relatività non dice che  tutto è relativo)
    
    La relatività non è una teoria filosofica
            La relatività non è solo una teoria
        
    La relatività non è paradossale e contraria al senso comune.
        La relatività ha impatto anche sulla vita pratica.
    
    La relatività non è un capitolo a parte nella fisica
        La relatività ristretta si applica ad elettromagnetismo e velocità vicine a quella della luce
            La relatività generale si applica a gravitazione, astrofisica e cosmologia        
        
    La relatività non dice che massa ed energia sono esattamente la stessa cosa       
        La relatività non c'entra granchè con la bomba atomica
        
    La relatività non è unica ma sono tre teorie distinte
       La relatività generale non è una teoria alternativa ma estende la relatività ristetta 

       
    La relatività non si può spiegare solo con parole semplici senza matematica
        La matematica della relatività ristretta non è complicata
            La relatività generale invece richiede matematica avanzata
                        
        La relatività ristretta non è difficile da capire
            La relatività generale invece non è facile da capire
    
    La relatività ristretta non è stata un fulmine a ciel sereno
        La relatività generale invece non era nell'aria
            La relatività non è una scoperta a cui ha collaborato anche la prima moglie
    

Nota¹

La relatività non dice che “tutto è relativo”

Il nome relatività è stata una scelta piuttosto infelice, come notava Sommerfeld (²): «Il nome di teoria della relatività non fu una scelta fortunata:
la relatività dello spazio e del tempo non è la proprietà essenziale,
come invece è l’indipendenza delle leggi della Natura dal punto di vista dell’osservatore» Il concetto principale è l’invarianza delle leggi della fisica, le leggi fisiche sono le stesse per tutti gli osservatori in ogni luogo ed ogni tempo, non sono relative.

Esattamente il contrario di “tutto è relativo”, una frase del tutto priva di senso amata da filosofi, poeti e profani che non ci hanno capito nulla.

Purtoppo filosofia, letteratura, poesia e senso comune spesso trasportano le parole che hanno senso in un certo contesto (discipline scientifiche, attività umane,…) in altri contesti dove non lo hanno più, ed amano fraintendere il loro significato scambiandolo la loro confusione per pensiero critico.

La relatività del moto (Galileo) e la relatività del moto, dello spazio e del tempo (Einstein) sono conseguenze secondarie del postulato principale di invarianza delle leggi fisiche.
Se la misura di una grandezza è relativa all’osservatore vuol dire che viene utilizzata in modo sbagliato, ed esiste qualche altra grandezza con maggiore significato fisico uguale per tutti gli osservatori.

Sintetizzando in tre parole: *relatività significa “stessa legge per tutti” * (John Archibald Wheeler)³

La relatività non è una teoria filosofica.

Non ha niente a che fare con riflessioni ed elucubrazioni più o meno campate in aria sulla natura dello spazio, del tempo, della massa, dell’energia e della realtà.

Ma si occupa di previsioni concrete sui fenomeni naturali, confermate dagli esperimenti, secondo il metodo scientifico, con applicazioni pratiche.

La relatività non è solo una teoria

Per alcuni sprovveduti teoria significa speculazione mentale od astrusa ipotesi, lontana dalla pratica e dalla vita reale. Ma una teoria come quella della relatività è stata confermata da un’infinità di esperimenti, è pane quotidiano in molti campi della fisica, ed ha applicazioni pratiche (ad es. localizzazione satellitare con GPS).

Nonostante questo ogni giorno cialtroni e picchiatelli (crackpots, in inglese) pensano di confutarla, con deliri assurdi che partono da ipotesi sballate e procedono da un errore all’altro.

La relatività ristretta non è paradossale e contraria al senso comune.

Spesso si fa lo sbaglio di fare esempi dall’esperienza comune per spiegare ai profani con parole semplici i concetti di una teoria come la relatività.

Non è una buona idea, perchè utilizzando una teoria al di fuori del suo campo di applicazione si ottengono finti paradossi, risultati apparentemente assurdi, e si possono confondere delle conseguenze logiche con i postulati della teoria.

La relatività non è un capitolo a parte nella fisica.

La relatività ristretta è strettamente legata all’elettricità, al magnetismo ed all’ottica, anzi sono parti coerenti di una stessa teoria (teoria classica dei campi elettromagnetici), ed è uno strumento di uso quotidiano nella fisica delle alte energie: particelle, raggi cosmici, plasma, reazioni nucleari.

La relatività generale è la base della cosmologia ed uno strumento indispensabile per l’astrofisica, trattando campi gravitazionali molto intensi su grandi distanze.

Storicamente ci sono tre teorie della relatività

Una teoria di Galileo e due teorie di Einstein, con delle differenze tra loro, ma un postulato principale comune, le leggi della natura sono le stesse per osservatori diversi, altrimenti sarebbe impossibile fare scienza:

• la relatività di Galileo si applica alle leggi del moto, per velocità piccole rispetto a quelle della luce, ed osservatori in moto rettilineo uniforme, cioè con velocità relativa costante, senza scosse od accelerazioni improvvise.
• la relatività ristretta (o speciale) di Einstein si applica, all’elettromagnetismo ed al moto per velocità vicine a quella della luce, ed osservatori in moto uniforme come per Galileo.
• la relatività generale di Einstein si applica in presenza di intensi campi gravitazionali, su larga scala (pianeti, stelle, galassie, cosmo) e velocità vicine a quelle della luce, anche ad osservatori in moto non rettilineo ed accelerato.
• L’ultima è la più generale, come ricorda anche il nome, ed include come casi particolari le teorie precedenti

La relatività ristretta non è difficile da capire

Tanti pensano che la teoria della relatività ristretta sia l’opera di un genio ostica per i comuni mortali. Astrusa, paradossale e difficile da capire per chi non è portato per la matematica e la fisica.
Una grande fesseria perchè i suoi concetti base sono semplici, e la matematica per comprenderli piuttosto elementare.

La matematica della relatività ristretta è molto semplice.
Per studiarla bastano l’algebra e la geometria analitica delle scuole secondarie. Sapere cosa è una derivata od un integrale è molto utile ma non indispensabile, anzi molto si può spiegare usando solo le quattro operazioni della scuola dell’obbligo, le potenze e gli ordini di grandezza. E per il resto bastano vettori, derivate ed integrali.

La relatività generale invece non è per facile da capire

Al contrario la relatività generale è difficile. I concetti base sono semplici, profondi ed eleganti, infatti come diceva il grande scienziato russo Lev Landau è «la più bella delle teorie». Ma per esprimerli in modo corretto e preciso non basta il linguaggio comune, e non bastano neanche le competenze di una laurea breve in matematica, o fisica o ingegneria.

La relatività generale richiede matematica avanzata.

Il linguaggio necessario include conoscenze avanzate di matematica in algebra multilineare, geometria differenziale, calcolo tensoriale in spazi curvi ad n dimensioni, equazioni differenziali alle derivate parziali non lineari. Una volta acquisiti questi strumenti matematici la relatività generale non è poi tanto difficile, ci sono teorie fisiche molto più complicate e lontane dal senso comune, come ad esempio le teorie quantistiche dei campi (elettrodinamica quantistica, cromodinamica quantistica), che richiedono strumenti matematici molto più avanzati.

La relatività non si può spiegare solo con parole semplici senza usare per niente la matematica

Non si può capire a fondo la teoria della relatività ristretta, come nessun altra teoria, rinunciando del tutto alla matematica, il linguaggio più potente ed universale. Serve l’apertura mentale di chi non si spaventa per qualche formula e sa ragionare con numeri, ordine di grandezze, dati, grafici e tabelle.

Servono un pò di aritmetica, algebra e geometria analitica. Un pò di calcolo differenziale e di algebra lineare sono utili ma non indispensabili.

La relatività ristretta non è stata un fulmine a ciel sereno

La relatività ristetta era nell’aria ai tempi di Einstein, in quanto conseguenza logica delle scoperte su elettricità, magnetismo, luce ed onde radio dell’Ottocento, e forse sarebbe stata scoperta da qualcun altro anni dopo. Diversi lavori di fisici come Lorentz, Poincarè, Larmor, Fitzgerald anticipavano parti della teoria di Einstein. Ma nessuno aveva tirato le somme per una costruzione logica e coerente. Utili allo sviluppo della teoria sono state le discussioni con i suoi amici, come l’ingegnere Besso ed il matematico Grossmann. E soprattutto la libertà di fare il fancazzista stipendiato dall’ufficio statale dei brevetti.

La relatività generale invece non era nell’aria

Al contrario ai primi del Novecento nessuno pensava di mettere mano alla teoria della gravitazione di Newton. Il lavoro di Einstein sulla relatività generale è stato un colpo di genio, del tutto imprevisto nella storia, e l’interpretazione geometrica della gravità come curvatura dello spaziotempo una vera rivoluzione per la quale forse avremmo dovuto attendere decenni prima che qualcun altro ci arrivasse.

La relatività generale è una estensione della relatività ristretta

La relatività generale è una conseguenza logica e coerente di di alcuni concetti della relatività ristretta: l’impossibilità di azioni istantanee a distanza, la generalizzazione ad osservatori in moto accelerato e non rettilineo del principio di equivalenza tra osservatori in moto rettilineo uniforme, l’equivalenza tra l’effetto della gravità ed una accelerazione del moto in un sistema di riferimento.
La teoria più generale include l’altra come caso limite in assenza di campi gravitazionali, e sono coerenti tra di loro. Le due relatività quindi formano logicamente una teoria unica, la più bella di tutte (Landau).**
**

La relatività non dice che massa ed energia sono esattamente la stessa cosa

Sono due grandezze fisiche strettamente legate tra loro, e sono equivalenti a certe condizioni, dipende da cosa si intende per massa. Una particella ferma ha un’energia a riposo proporzionale alla sua massa.

Ma non sono esattamente la stessa grandezza fisica:

- La massa a riposo di un corpo m è un numero scalare, invariante tra sistemi di riferimento, uguale per ogni osservatore. Ma non soddisfa un principio di conservazione, esistono fenomeni a livello subatomico, di interazione tra più particelle, in cui non si conserva.

- L’ energia totale non è invariante, perchè dipende dalla velocità dell’osservatore, però soddisfa un principio di conservazione.

La formula più famosa della fisica non è quasi mai scritta nel modo giusto

Scrivere la famosa formula di equivalenza tra massa ed energia come E=mc^(2) , in cui m è la cosiddetta massa relativistica, non è esatto.
La massa relativistica dipendente dalla velocità è un concetto fuorviante e scorretto, anche secondo Einstein, e per tutti gli specialisti moderni della materia.
Per non rischiare di confondere le idee la formula andrebbe scritta in modo diverso, utilizzando il valore della massa a riposo m, cioè misurata in un sistema di riferimento in cui il corpo non è in movimento, un valore uguale per tutti gli osservatori, ed un fattore correttivo numerico, γ o fattore gamma di Lorentz , che dipende dalla velocità relativa v. Quindi come E = γmc^(2) dove γ è una funzione del rapporto (v/c). Vedi ⁴,⁵

La relatività non c’entra granchè con la bomba atomica

Le formule della relatività ristretta che legano massa, energia ed impulso danno il corretto bilancio energetico anche per fenomeni in cui la materia si trasforma in energia e viceversa, come nelle reazioni nucleari, nell’annichilazione tra materia ed antimateria, la creazione di particelle dal vuoto.

Ma questi fenomeni microscopici, scoperti una decina di anni dopo, non sono spiegati dalla teoria della relatività, sono invece oggetto della fisica nucleare e della particelle elementari.

La relatività ha impatto anche sulla vita pratica.

Non è vero che la relatività non ha niente a che fare con la vita di tutti i giorni**.** Si basano sulla teoria della relatività molte tecnologie di impatto sulla vita quotidiana, che tanti utilizzano senza aver idea di cosa c’è dentro la scatola. Ad esempio nella localizzazione satellitare GPS, la sincronizzazione degli orologi tra i quattro satelliti ed il dispositivo a terra ha bisogno sia della relatività ristretta che della relatività generale, oltre che ovviamente della fisica quantistica per la progettazione di orologi atomici di altissima precisione.

La relatività non è una scoperta a cui ha collaborato anche la prima moglie

Non è assolutamente vero che Einstein sarebbe stato aiutato nei suoi studi dalla prima moglie Mileva Maric.

Un esame degli storici della scienza negli archivi dei manoscritti e delle lettere della Maric ( anche delle ricercatrici più faziosamente femministe, rimaste naturalmente deluse) ha mostrato che negli anni dal 1901 al 1905 si occupava di altro. La Maric ha seguito gli studi del futuro consorte al massimo fino al 1901, quando Einstein ancora credeva nella vecchia teoria dell’etere e nel tempo assoluto. In quell’anno rimase incinta, poi perderà il bambino, ma dopo quella data non ha più superato esami di matematica o fisica, non si è mai laureata e non è mai stata esperta di queste materie, nonostante la buona volontà di seguire una carriera all’epoca riservata agli uomini. Dal 1901 non ha più seguito le ricerche che porteranno circa quattro anni dopo alla pubblicazione da parte di Einstein di quattro lavori fondamentali. ⁶,⁷,⁸,⁹

Il contributo delle moglie è un’ idea altamente improbabile, senza nessura prova concreta a favore, partorita da parapsicologi ciarlatani, fanatiche femministe disagiate e picchiatelli in stato di alterazione da droghe. Purtroppo questa fake news ha generato un diluvio di leggende metropolitane su internet e sui social, a cui hanno abboccato tanti creduloni per pregiudizi ideologici.