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Albert Einstein – Tutto è relativo?

27 Luglio, 2009 By: admin2 Category: Senza categoria

Di Antonio Rollo

Con Albert Einstein inizia l’ultimo secolo del secondo millennio, il 1900

Con Albert Einstein si spalancano le porte ai cento anni più veloci, accelerati, cruenti e camaleontici della storia dell’umanità.

Con Albert Einstein si accende nelle menti dei popoli occidentali un nuovo fuoco della conoscenza.

Tutto questo è dovuto al lavoro di un uomo geniale, sopra le righe per comportamenti, visionario per natura e con una profonda speranza di amore e di pace. Ma anche una persona sensibile alle gioie degli innamoramenti ma incapace di amare profondamente perchè troppo immerso in qualcosa più grande di lui.

Le frontiere della storia stavano per allargarsi. Mentre il giovane Albert conduceva una vita normale per il suo tempo, nell’aria già aleggiavano sentimenti di paura e morte, che avrebbero trovato conferma in pochi anni con lo scoppio del primo conflitto globale. Milioni di persone avrebbero combattuto e perso la vita come ipnotizzati. Il valore del corpo umano ridotto a mero dato statistico. Ma nel 1895, quando a sedici anni scrive il suo primo saggio scientifico “Sull’investigazione dello stato dell’etere in un campo magnetico”, la Grande Guerra era solo in incubazione e prima che scoppiasse sarebbero dovuti passare ancora vent’anni. Venti anni nei quali il giovane Albert realizza un’opera che ha cambiato per sempre il nostro modo di guardare il mondo naturale. Da quel primo saggio separano solo dieci anni dalla pubblicazione della teoria della relatività ristretta avvenuta nel 1905, quello che è considerato l’anno mirabilis di Einstein, e da questa solo altri undici anni e avrebbe preso forma nel 1916 quelli che vengono pubblicati come “I fondamenti della teoria generale della relatività”. Parole queste che oggi fanno parte del nostro bagaglio di concetti comuni, ma delle quali la consapevolezza dei molti è fondata su un idea semplice da condividere ‘Tutto è Relativo’ espressa come modello metafisico del nostro modo di vivere. Una rivoluzione paragonabile a Copernico che ci insegnò come non sia il sole a girare intorno a noi, ma siamo noi con il nostro piccolo pianeta a girare intorno al sole. Eppure come notava Russel tutti sanno che Einstein ha fatto qualcosa di sorprendente, ma pochi sanno che cosa abbia fatto esattamente”.

Nella città di Ulm in Germania esiste il motto ‘Gli abitanti di Ulm sono matematici’ e nel 1879 vi nasce Albert Einstein. Non è certo un caso che la bellezza della relatività di Einstein risieda proprio nella forma dei numeri che permettono di creare modelli che descrivono in armonica simbiosi il mondo naturale.

Per comprendere il lavoro di Einstein dobbiamo spostare il nostro modo di pensare le leggi fisiche. Se prima del 1905 la fisica era pesata sui corpi con le leggi di Newton, dopo Einstein bisogna non più pensare a corpi ma ad eventi. Il corpo diventa solo una componente di un evento, ed un evento come la luce avrà sia un comportamento da corpo – i così detti fotoni – sia un comportamento ondulatorio. Il dualismo della luce, paradossale in senso matematico, porta la fisica di fronte al bivio tra materiale e immateriale. E nel 1905 nell’Ufficio Brevetti di Berna doveva esserci poca luce e nonostante questo un impiegato di terza classe di nome Albert Einstein formulò l’ipotesi rivoluzionaria dei quanti di luce e delineò quella elettrodinamica dei corpi in movimento che avrebbe modificato i nostri usuali concetti di spazio e tempo. E la famosa formula ‘E uguale a m per c al quadrato’ ha in sé come costante esattamente una proprietà invariabile della luce. Si inizia così a capire la rivoluzione sociale in corso attribuita a quella formula. Facciamo un passo indietro a Copernico. Prima di lui l’Uomo era al centro dell’Universo. Dopo di lui abbiamo capito che facciamo parte di un sistema naturale che sposta inevitabilmente la centralità dell’uomo. In altre parole ci siamo messi a servizio della natura, abbiamo cercato di comprenderla attraverso la nostra osservazione e siamo diventati con Newton dei mirabili maghi che possono addirittura prevedere il futuro. Conosciamo bene l’aneddoto della mela di Newton e sappiamo anche che la sua teoria prende vita dalla gravità dei corpi fondata su un sistema di riferimento in cui spazio e tempo sembrano poter essere considerate due identità distinte. Il ridimensionamento operato da Copernico indusse Newton a concepire delle leggi della fisica che tentavano di creare un modello per l’Universo credendo che si comportasse secondo le stesse leggi che agiscono all’ombra di un melo. La monumentale opera di Newton non fu soltanto un edificio della fisica che cominciò ad essere abitato sempre da più persone ma si insinuò negli atteggiamenti morali e politici delle epoche a seguire. Dice Russell Nella teoria newtoniana del sistema solare, il sole appare come un monarca ai cui ordini i pianeti devono obbedire’. Conosciamo bene le conseguenze estremizzate di questo modello della natura. Con il nazismo sembra che la nostra società arrivi ad un punto di non ritorno. Un passaggio forse obbligato per generare nuova vita. D’altro canto Luigi XIV amava farsi chiamare Re Sole, e si mostrava bardato di radiose parrucche e stuoli di obbedienti servitori. Il piccolo Hitler non indossava più radiose parrucche ma ipnotizzò le menti servili attraverso una nuova luce che iniziava a insinuarsi tra la gente. Una luce in movimento come il cinema; poi la televisione aiutò sensibilmente nella propaganda politica ad assoggettare la gente alle idee di un monarca. Idee in parte legate ad un concetto di ‘forza’ newtoniana che salva i capisaldi euclidei della geometria in cui i corpi si muovo secondo una linea retta. Dopo Einstein le linee rette non esistono più, esistono invece delle geodetiche che indicano la distanza minima tra due eventi. Attraverso la teoria della relatività stiamo scoprendo che nel mondo di Einstein vi è più individualismo e meno centralismo autocratico come in quello di Newton. Oggi, a cento anni dall’anno mirabilis (1905) l’eredità di Einstein è stata raccolta da una nuova generazione di fisici alla ricerca di una Teoria del Tutto. Una teoria che possa da qualche parte ricongiungere le due strade aperte da Einstein in quell’Ufficio Brevetti di Berna dove materiale e immateriale sembrano magicamente convivere nel fenomeno naturale che chiamiamo comunemente luce.

Al giovane impiegato di terza classe non interessavano i corpi ma gli eventi. Gli frullavano nella testa idee come la distanza tra due eventi oppure la simultaneità di due eventi e si rendeva conto che l’apparato di leggi della natura che aveva a disposizione fino a quel momento non era sufficiente a risolvere i suoi problemi. Aveva bisogno di nuovi strumenti e decise di costruirseli da solo.

Innanzitutto bisognava sbarazzarsi dell’idea che il sole esercita una forza sui pianeti. Secondo Einstein un pianeta si cura soltanto di quello che si trova nelle immediate vicinanze. La nozione di forza newtoniana era ancora legata alla grossolanità dei nostri sensi. Se fossimo grandi quanto un elettrone e viaggiassimo alla sua velocità concetti euclidei come ‘posto’ non avrebbero più tanto senso. Infatti come dice Russellsulla superficie della terra, per vari motivi più o meno accidentali, le circostanze inculcano in noi concetti che si rivelano inesatti, anche se hanno finito per l’apparirci idee necessarie. La più importante tra queste circostanze è che la maggior parte degli oggetti posti sulla superficie del globo sono, da un punto di vista terrestre, persistenti e sostanzialmente stazionari. Se le cose non stessero così l’idea di partire per un viaggio non sembrerebbe un’idea tanto ben definita”. Forse dovremmo pensare a quell’idea di viaggio delle culture orientali, in cui non è fondamentale l’arrivo ma piuttosto la strada che si percorre e viene subito alla mente il motto di Socrate Conosci te stesso’ che per Einstein può diventare ‘Conosci l’Universo per capire il tuo stesso ruolo nel mondo’. E in una celebre frase Einstein disse: “Perdonami Newton”, proprio perché l’Universo non che apriva di fronte a lui non coincideva esattamente con quanto si pensava fino a quel momento. Cominciamo quindi il nostro viaggio nella Teoria della Relatività cercando di comprendere quegli aspetti che la caratterizzano, seppur coscienti che non possiamo attraversare il mare della matematica su cui la nostra piccola barca di parole e pensieri si dimena.

Abbiamo la sensazione diffusa che Einstein ci abbia lasciato il concetto di “Tutto è relativo”. Non c’è niente di più sbagliato. Infatti se tutto fosse relativo non ci sarebbe più nulla con cui stare in relazione e quindi nel mondo fisico tutto è relativo ad un osservatore. Per ironia della sorte la Teoria della Relatività vuole portare le leggi fisiche ad una completa indipendenza dalle condizioni dell’osservatore. L’osservatore abbiamo visto essere dotato di sensi grossolani per legiferare sull’Universo, eppure i tempi erano ormai maturi per affrontare la questione. Durante uno spettacolo pirotecnico la gente che non sta proprio vicina ai fuochi vede prima l’esplosione di colori nel cielo e poi ode lo scoppio. Chiaramente questo non è dovuto ad un malfunzionamento dei nostri sensi ma al fatto che la velocità della luce e di molto più grande rispetto a quella del suono, ed è una velocità talmente grande che per i fenomeni legati alla superficie terreste può essere considerata istantanea. Tutto quello che vediamo sulla terra accade, praticamente, nel momento stesso in cui lo vediamo. Ma nell’infinitamente grande e nell’infinitamente piccolo le cose non stanno esattamente come le percepiamo sulla superficie terreste. In un secondo, la luce percorre trecentomila chilometri. Il nostro pianeta ha una circonferenza di appena 40 mila chilometri e viene scaldato da una luce solare che è partita otto minuti prima. Il nostro sole è una stella appartenente ad un sistema di circa centomilioni di stelle, detto “la galassia”. La Via Lattea è la nostra galassia ed ha la forma di una ruota i cui bracci partono a mo’ di spirale da un nucleo centrale. Noi siamo in uno di questi bracci, visibile ad occhio nudo nelle sere più terse, a circa venticinquemila anni-luce dal nucleo. E se noi impieghiamo esattamente un anno a fare un giro completo intorno al sole, il nostro sistema solare impiega circa duecentoventicinque milioni di anni a compiere un giro completo intorno al nucleo della Via Lattea. Eppure la nostra galassia non è sola nell’Universo, ne esistono molti milioni nelle zone che i nostri telescopi riescono ad esplorare.

In tutto questo, continuare a credere che la gravità che fa cadere una mela possa essere eretta fondamento di legge naturale ad Einstein non convinceva affatto e, sorretto da modelli matematici, cominciò a costruire il suo Universo dove le dimensioni di un corpo sono influenzate dal suo moto e non invariabili come si credeva fino a quel momento; e ancora più sorprendente che anche lo scorrere del tempo dipende dal moto, cosa del tutto inimmaginabile fino a quel 1905. Einstein si rifiutava di accettare lo spazio e il tempo come due concetti oggettivi legati alla nostra percezione terrestre e voleva indagare quelle regioni infinitesimali della Natura in cui si andava scoprendo che non poteva più reggere la fisica di Newton ma emergeva come costante oggettiva soltanto la velocità della luce. Immaginiamo di essere su una freeway di Los Angeles, e immaginiamo che possiamo anche correre quanto vogliamo con la nostra automobile. Immaginiamo di accendere tutti quanti a mezzogiorno esatto un faro posto sul tetto della nostra automobile. Non appena la lancetta del nostro orologio avrà percorso un secondo, la luce si troverà indipendentemente dalla nostra posizione relativa di automobilisti scriteriati a trecentomila chilometri da ognuno di noi. Risulta evidente come la velocità della luce possa essere considerata una costante della costruzione del nostro nuovo Universo. Ma facciamo un’altra semplice riflessione che ci porta a comprendere come lo scorrere del tempo sia condizionato dal moto di un corpo. Mi viene in mente una fiaba che mi raccontavano da ragazzo e che sintetizzando diceva così: un re era sempre infuriato poiché i suoi servi lavoravano poche ore al giorno. Chiaramente non si lasciava perdere le occasioni per sfogare sui suoi sudditi con meschina crudeltà la sua indolenza. Un giorno però un giovane contadino che pur sapeva di lavorare dall’alba fino al tramonto, stanco delle ingiustizie costruì una macchina che allunga il tempo e la propose al suo re. Il re fu molto contento che qualcuno avesse inventato un tale marchingegno che permetteva di avere più ore di lavoro. Il giovane contadino aveva costruito una grossa e pesante ruota in pietra a mo’ di carrucola e l’aveva messa su una collina da cui si potevano vedere buona parte dei possedimenti. La macchina per funzionare però doveva essere girata dal re. Come possiamo ben immaginare la percezione del tempo del re che gira la ruota, cambiò radicalmente rispetto a quella che aveva con i ritmi di corte. Ovviamente in questa fiaba non viene presa in considerazione la velocità della luce, ma ci lascia intuire come le fondamenta della fisica fino al 1905 cominciassero a vacillare: fino all’avvento della teoria della relatività ristretta, nessuno aveva immaginato che ci fossero dei dubbi nell’affermare che due avvenimenti hanno luogo nello stesso istante in due posti diversi. Nel prossimo contributo cominceremo quindi ad addentrarci in alcuni dettagli della teoria della relatività ristretta.

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