La Teoria della Relatività di Einstein: spiegazione /  Einstein's Theory of Relativity: explanation 

 Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Il sistema di posizionamento satellitare GPS funziona solo se si tiene conto della Relatività Generale. Ma di cosa si tratta? La Teoria della Relatività è un colossale edificio concettuale sorto in Germania all'inizio del '900. Questo straordinario modello della realtà è diventato imprescindibile per lo sviluppo della fisica teorica e ha introdotto nella scienza, e in parte nel comune sentire, concetti apparentemente assurdi, del tutto contrari all'intuizione e persino alla logica. 

Secondo Einstein, l’ideatore della Teoria della Relatività, lo spazio ed il tempo si deformano in prossimità di corpi molto massicci (stelle, pianeti, etc.) oppure quando un corpo si muove a una velocità tanto elevata da essere comparabile a quella della luce. In tali situazioni lo spazio si “accorcia” ed il tempo “rallenta”. Questi singolari fenomeni di deformazione dello spazio e del tempo sono tanto più pronunciati quanto più è forte l'attrazione gravitazionale o elevata la velocità. Siccome le distorsioni di spazio e tempo  sono legate tra loro, si preferisce considerare le due entità come un'unica realtà chiamata spaziotempo che possiamo dunque considerare come qualcosa di "elastico". E' importante sottolineare come ad accorgersi della deformazione dello spaziotempo non è l’osservatore che si trova nei pressi di un corpo massiccio o che si muove a forte velocità, ma soltanto chi osserva dall'esterno. Se viaggiassimo su un'astronave proiettata a velocità prossima a quella della luce, percepiremmo le dimensioni nostre e della navicella così come l’avanzare dei nostri orologi come assolutamente normali, ma chi ci osservasse dall'esterno vedrebbe la navicella accorciarsi e noi che la occupiamo muoversi al rallentatore. Il discorso è analogo per la gravità. 

Per quale ragione gravità e velocità estreme hanno questo effetto? Lo spaziotempo si comporta come un telo elastico modificando la propria forma nei pressi di corpi molto massicci. Se la massa di un corpo supera una certa soglia, lo spaziotempo finisce col "chiudersi su se stesso", diventando una trappola da cui neppure la luce può fuggire una volta che ci è caduta dentro: un buco nero. Gli effetti della relatività legati alla velocità di spostamento stabiliscono inoltre una specie di limite naturale di velocità. Più acceleriamo e più l'universo "ci rema contro" rallentando sempre più il nostro ritmo interno, fino a che, raggiunta la velocità della luce, il tempo si arresta completamente. Ciò rende quella velocità la massima raggiungibile in assoluto. Avvicinandoci a tale limite assisteremmo anche ad un altro strano fenomeno: la massa della navicella aumenterebbe sino a diventare infinita in corrispondenza della velocità della luce. Anche tale circostanza suggerisce che la velocità della luce sia un limite non travalicabile. 

C'è un altro fatto rilevante riguardo la velocità della luce. Quando due paracadutisti si buttano insieme, ciascuno vede l’altro quasi fermo. Invece, per chi li sta guardando da terra, essi stanno cadendo a folle velocità. Insomma: un oggetto si muove a diverse velocità in base al punto di osservazione dal quale scelgo di guardarlo. Si tratta di un fatto ovvio, tutti ne abbiamo fatto esperienza e vale qualunque sia l’oggetto osservato. Ma non per la luce! Se, per raggiungere un raggio di luce e vederlo un po' "rallentato", provassimo a muoverci a una frazione della sua velocità, magari a bordo di una potente navicella spaziale, non otterremmo un bel niente. Come detto prima la natura “ci rema contro” compensando perfettamente la nostra velocità. In breve: più rapidamente corriamo e più intensamente gli effetti effetti relativistici (massa che cresce, tempo che rallenta, spazio che si contrae) ci fanno da zavorra. La luce si muove sempre alla stessa velocità a prescindere da quanto spedita sia la nostra andatura! Ecco perché si dice che  con la Relatività di Einstein la velocità della luce viene elevata a costante universale: perchè è la stessa per qualsiasi osservatore. Allo stesso tempo lo spazio ed il tempo sono state “declassate”, da entità assolute e immutabili a qualcosa di relativo. Dunque con la Relatività, la luce non è soltanto una semplice comparsa nell'immenso film dell'Universo, ma interpreta un ruolo unico e speciale. 

Il ruolo eccezionale riservato alla velocità della luce emerge anche in un altro contesto: dicendo che, a grandi velocità, la massa aumenta non si intende certo dire che viene creata dal nulla. Ma allora da cosa è originata? Ad essere convertita in massa è semplicemente parte dell'enorme energia spesa dalla navicella spaziale per l'accelerazione. Einstein nella sua titanica opera di riformulazione dei concetti fondamentali della fisica scopre che massa ed energia, fino ad allora considerate del tutto indipendenti, sono in realtà convertibili una nell'altra (come accade per esempio nelle esplosioni nucleari) secondo la celebre legge E=mc2. In questa formula E è l’energia, m è la massa mentre c elevato al quadrato è il fattore di conversione tra le due. Ebbene c rappresenta esattamente la velocità della luce, che diventa cosi il "ponte" che mette in comunicazione massa ed energia. 

ENGLISH

The GPS satellite positioning system works only if General Relativity is taken into account. What is it? The Theory of Relativity is a colossal conceptual building built in Germany at the beginning of the 20th century. This extraordinary model of reality has become essential for the development of theoretical physics and has introduced in the science, and partly in the common sense, seemingly absurd concepts, completely contrary to intuition and even logic.

According to Einstein, the creator of the Theory of Relativity, space and time are deformed in the vicinity of very massive bodies (stars, planets, etc.) or when a body moves at a speed so high as to be comparable to that of light . In such situations the space is "shortened" and the time "slows down". These singular phenomena of deformation of space and time are all the more pronounced the stronger the gravitational attraction or the faster the velocity. Since the distortions of space and time are related to each other, we prefer to consider the two entities as a single reality called spacetime, which we can therefore consider as something "elastic". It is important to underline how to notice the deformation of spacetime is not the observer who is near a massive body or that moves at high speed, but only those observing from the outside. If we were traveling on a spaceship projected at a speed close to that of light, we would perceive our dimensions and the spacecraft as well as the progress of our clocks as absolutely normal, but who observes us from the outside would see the spaceship shorten and we occupy it move in slow motion. The speech is analogous to gravity.

Why is gravity and extreme speed having this effect? Space-time behaves like an elastic cloth modifying its shape near very massive bodies. If the mass of a body exceeds a certain threshold, spacetime ends up by "closing on itself", becoming a trap from which not even light can escape once it has fallen into it: a black hole. Moreover, the relativity effects related to the speed of movement establish a sort of natural speed limit. The more we accelerate, the more the universe "rests against us", slowing down our internal rhythm more and more, until, at the speed of light, time stops completely. This makes that speed the maximum achievable in absolute. Approaching this limit we would also witness another strange phenomenon: the mass of the spacecraft would increase to become infinite at the speed of light. Even this circumstance suggests that the speed of light is a non-negotiable limit.

There is another relevant fact about the speed of light. When two paratroopers throw themselves together, each sees the other almost still. Instead, for those looking at them from the ground, they are falling at a mad speed. In short: an object moves at different speeds depending on the point of observation from which I choose to watch it. It is an obvious fact, we have all experienced it and it is worth whatever the object observed. But not for the light! If, to reach a ray of light and see it a bit '"slowed down", we tried to move at a fraction of its speed, perhaps aboard a powerful spacecraft, we would not get anything at all. As said before, the nature "rebukes us" perfectly compensating for our speed. In short: the more quickly we run and more intensely the effects relativistic effects (mass that grows, time that slows down, space that contracts) make us ballast. The light always moves at the same speed regardless of how much is sent our pace! This is why it is said that with Einstein's Relativity the speed of light is raised to a universal constant: because it is the same for any observer. At the same time space and time have been "downgraded", from absolute and immutable entities to something relative. Therefore with Relativity, light is not just a simple appearance in the immense film of the Universe, but interprets a unique and special role.

The exceptional role reserved to the speed of light also emerges in another context: by saying that, at high speeds, the mass increases certainly does not mean that it is created from nothing. So where did it come from? To be converted into mass is simply part of the enormous energy spent by the spacecraft for acceleration. Einstein in his titanic work of reformulation of the fundamental concepts of physics discovers that mass and energy, until then considered completely independent, are actually convertible into one another (as happens for example in nuclear explosions) according to the famous law E = mc2 . In this formula E is energy, m is mass, while c squared is the conversion factor between the two. Well c represents exactly the speed of light, which thus becomes the "bridge" that puts mass and energy in communication.

Da:

http://www.oilproject.org/lezione/teoria-della-relatività-di-einstein-spiegazione-4302.html