Albert Einstein, la relatività e lo spazio tempo

1. Albert Einstein, la relatività e lo spazio tempo Stefano Covino INAF / Osservatorio Astronomico di Brera Venerdì 3 novembre 2006

3. Albert Einstein, in breve… • Nasce il 14 Marzo 1879 a Ulm, Württemberg, Germania • Figlio di un piccolo industriale, segue studi regolari in Germania fino a circa 15 anni. • Quindi la famiglia si traferisce in Italia ed il giovane Einstein viene mandato in Svizzera. • Si diploma nel 1900, e quindi diviene cittadino svizzero. • Lavora all’ufficio federale dei brevetti di Berna. • Si sposa nel 1902 con Mileva Maritsch, dalla quale ebbe due figli.

4. Albert Einstein, in breve… • Nel 1905, pubblica alcuni lavori fondamentali sulla teoria quantistica dell’effetto fotolettrico e sulla teoria della relatività ristretta. • Ottiene anche un’incarico all’Università di Zurigo. • Fra il 1905 ed il 1907 pubblica anche studi sui moti browniani e sulla la teoria quantistica del calore specifico. • Nel 1910 si trasferisce a Praga e nel 1912 torna sempre a Zurigo. • Si separa da Mileva nel 1914 quando si traferisce a Berlino. • A Berlino rimane circa vent’anni e sposa la cugina Elsa.

5. Albert Einstein, in breve… • Nel 1911 predice la deflessione dei raggi di luce nel passaggio vicino al Sole. • Nel 1915 interpreta correttamente alcune irregolarità nel moto di Mercurio. • Pubblica nel 1916 la teoria della relatività generale. • Vince nel 1921 il premio Nobel per i suoi studi dell’effetto fotoelettrico. • A causa delle persecuzioni razziali naziste lasciò la Germania nel 1932 andando prima in Belgio e poi negli Stati Uniti. • Nel 1940 assunse la cittadinanza americana. • Muore il 18 Aprile 1955 a Princeton, New Jersey, USA

6. Qualche immagine della famiglia Einstein…

7. Indubbiamente però Einstein deve la sua grande fama ai lavori sulla cosiddetta Teoria della Relatività! Proviamo a capire di cosa si tratta!

9. Tutto nasce da un famoso esperimento di fisica, l’esperimento di Michelson-Morley! Lo scopo era di identificare il movimento della Terra rispetto all’etere…

10. Nasce quindi un problema interpretativo: la velocità della luce non sembra “comporsi” con le altre velocità… Per capire perché sia un problema dobbiamo fare un passo indietro a Galileo Galilei… 1564 - 1642

11. La relatività Galileiana! Le velocità si compongono vettorialmente. Come in autostrada…

12. Alla velocità della luce, circa 300000 km/s, questo non accade… Einstein ipotizzo che non fosse appunto una peculiarità della luce, ma una proprietà fondamentale di tutti i corpi in movimento. Nasce la teoria della relatività ristretta!

13. A questo punto le cose si complicano… Se le velocità comparabili a quella della luce non si compongono secondo le regole della relatività Galileiana si hanno una serie di fenomeni estremamente “esotici”… • Il tempo e lo spazio diventano interconnessi. • Il tempo non è più “assoluto” nell’universo. • Nascono una serie di paradossi molto interessanti. • E, per la verità, ampiamente confermati sperimentalmente…

14. Veri e falsi paradossi…

15. La simultaneità degli eventi è… relativa!

16. La forma degli oggetti in moto è anche relativa! Gli oggetti si contraggono verso la direzione del moto. Affermazione che non ha mancato di incuriosire artisti come Dalì…

17. 10% della velocità della luce 86,5% della velocità della luce 99% della velocità della luce 99,9% della velocità della luce

18. Il paradosso dei gemelli 1 anno Consideriamo due gemelli: Uno in un astronave ed uno a terra. L’astronave viaggia al 99.9% della velocità della luce per 100 anni vista dalla Terra. Il tempo sarà trascorso in maniera differente! 100 anni

19. La teoria della relatività speciale fu senza dubbio una grande rivoluzione concettuale… Ma nulla in confronto con la teoria della relatività generale!

20. Tutto nasce dall’osservazione di un ascensore…

21. Einstein quindi arrivò a formulare una teoria generale che descrive i fenomeni gravitazionali come dovuti alla “curvatura” dello spazio-tempo!

22. Non fosse deflessa: non la vedremmo Sole Terra

23. La teoria della relatività generale è oggi alla base della descrizione dell’universo e della dinamica di vari fenomeni come i buchi neri, le stelle di neutroni, ecc.

24. Le lenti gravitazionali…

25. Euclide Spazio tridimensionale piatto Minkowsky Spazio quadridimensionale piatto Riemann Lobacewsky Gauss Spazio tridimensionale curvo Einstein Spazio quadridimensionale curvo Relativisti e cosmologi attuali 9 o 10 dimensioni spaziali+1 temporale

26. Questa equazione è probabilmente la più nota al grande pubblico Significa che massa ed energia sono equivalenti E=mc2

28. Fonti: • “La relatività di Einstein”, di Tullio Regge • Davide Veneziano, Liceo Scientifico Fermi, Arona (NO) • Home page di Leiwen Hu • Multimedia Physics Studio