La Relatività Generale di Einstein, un viaggio nel tempo e nello spazio

EDITORIALE  – Cos’è il tempo? e cosa lo spazio? Quotidianamente questi concetti regolano la nostra attività sociale, biologica, umana, imponendo ritmo, luogo, credenze, usi e costumi, tradizioni, forma mentis, cultura.

Abbiamo percezione del tempo in base ai cicli e rivoluzioni terrestri e lunari, invecchiamento, stagioni, oppure tramite la misurazione manuale o strumentale del cronometro, di un corpo puntiforme che si sposta da un punto A ad uno B quindi lo spazio diventa fondamentale alla rilevazione del tempo e quindi allo catalogazione degli eventi e delle azioni.

Un’azione, una percezione mnemonica è passato, il futuro una proiezione ideale e probabilistica, il presente sembra una sempiternità se vissuto senza pensiero, in cui tutto tace e scorre.

Quest’ultima parola ha a che fare con l’acqua, con il flusso, allo stesso modo i secondi, minuti ore passano inesorabilmente senza interruzione. La luce solare scandisce le giornate e cosi il tempo, il ticchettio delle lancette, da qui ora solare. Lo spazio altresì è dato dalle tre dimensioni, ossia altezza, lunghezza e profondità; quello di cui ora stiamo trattando riguarda la meccanica classica, la cinematica e le leggi della dinamica, più avanti spezzeremo come un lampo che colpisce un albero della relatività generale di Einstein, di come ha rivoluzionato il concetto di tempo e di spazio nella fisica Newtoniana, ritenuta sacramentale nel 17° e 18° secolo d.c.

Storicamente parlando, i filosofi del tempo, i sapienti e gli scienziati più avanti diedero impulso alla ricerca ed alla comprensione della vita e di noi stessi. Da Aristotele, Pitagora, Archimede a Galileo, Newton, Copernico, Eulero, Keplero e cosi fino ad oggi.

Si chiedevano come fosse possibile quantificare e quindi regolare le azioni, conoscere e determinare ogni spostamento, movimento, forza agente su quel corpo o dei corpi, misurare perfettamente lunghezze.

Questo atteggiamento cinico, materialista tuttavia gnostico entrò in crisi proprio con Albert Einstein e la fisica quantistica di Niels Bohr, Schrodinger, Max Planck e molti altri nel secolo scorso. 

In questo articolo comprimeremo tutte le energie però su Einstein e di come ogni convenienza fu sconvolta.

Albert Einstein è stato un fisico tedesco, trasferitosi prima in Svizzera e poi negli Stati Uniti, generalmente considerato il più importante fisico del XX secolo, conosciuto al grande pubblico anche per la formula E = mc² (ovvero l’energia = massa moltiplicata per il quadrato della velocità della luce).

Già agli inizi della sua carriera riteneva che la meccanica newtoniana non fosse più sufficiente a conciliare le leggi della meccanica classica con le leggi dell’elettromagnetismo e ciò lo portò a sviluppare la teoria della relatività ristretta nel periodo in cui era impiegato all’Istituto federale della proprietà intellettuale di Berna (1902–1909). Tuttavia successivamente si rese conto che il principio di relatività poteva essere esteso ai campi gravitazionali; quindi nel 1916 pubblicò un articolo sulla relatività generale con la sua teoria della gravitazione.

Continuò a trattare problemi di meccanica statistica e teoria dei quanti, e questo lo portò a dare una spiegazione della teoria delle particelle e del moto browniano. Indagò anche le proprietà termiche della luce e gettò le basi per la teoria dell’effetto fotoelettrico. Nel 1917, applicò la teoria della relatività generale per modellizzare la struttura dell’universo.

In particolare la relatività ristretta è una riformulazione ed estensione delle leggi della meccanica. Essa è necessaria per descrivere eventi che avvengono ad alte energie e a velocità prossime a quella della luce. 

La teoria si basa su due postulati: le leggi della fisica sono invarianti in tutti i sistemi di riferimento inerziali;

la luce si propaga nel vuoto a velocità costante indipendentemente dallo stato di moto della sorgente o dell’osservatore.

Il primo postulato, noto come principio di relatività speciale, estende il principio di relatività di Galileo dalla meccanica a tutte le leggi della fisica. Il secondo postulato, sull’invarianza della velocità della luce, elimina la necessità dell’etere luminifero, fornendo l’interpretazione oggi condivisa dell’esperimento di Michelson-Morley.

Dai due postulati discende che nell’universo descritto dalla relatività speciale, le misure di intervalli temporali e di lunghezze spaziali effettuate da osservatori inerziali non corrispondono necessariamente fra loro, dando luogo a fenomeni come la dilatazione del tempo e la contrazione delle lunghezze, che sono espressione dell’unione dello spazio tridimensionale e del tempo in un’unica entità quadridimensionale nella quale si svolgono gli eventi, chiamata cronotopo o spaziotempo.

Analogamente la relatività generale descrive l’interazione gravitazionale non più come azione a distanza fra corpi massivi, come nella teoria newtoniana, ma come effetto di una legge fisica che lega la geometria (più specificamente la curvatura) dello spazio-tempo con la distribuzione e il flusso in esso di massa, energia e impulso. nello specifico la geometria dello spazio-tempo identifica i sistemi di riferimento inerziali con le coordinate relative agli osservatori in caduta libera, che si muovono lungo traiettorie geodetiche. La forza peso risulta in questo modo una forza apparente osservata nei riferimenti non inerziali.

Come disse lo stesso Einstein, fu il lavoro più difficile della sua carriera a causa delle difficoltà matematiche, poiché si trattava di far convergere concetti di geometria euclidea in uno spaziotempo curvo, che, in accordo con la relatività ristretta, doveva essere dotato di una struttura metrica di tipo lorentziano anziché euclideo.

Qui si apre un varco metafisico sul senso concreto di spazio e di tempo, abbiamo pocanzi mostrato come questi concetti siano relativi e strettamente connessi tra di loro.

Se uno di questi venisse tolto nell’equazione ovvero lo spazio senza il tempo ed il tempo senza spazio ? Non funzionerebbe più il ragionamento, sta di fatto nel mondo sub atomico che lo spazio tende a zero e nel cosmo esso si estende tendendo ad infinito, facendo contrarre ed allungare anche il tempo, in maniera relativa e non deterministica.

Se estendiamo il ragionamento che il tempo e lo spazio siano concetti mentali, ossia percezione della mente come effetti dei diversi sistemi e campi d’interazione luminosi, i quali fanno apparire e condensare tutto come ologramma agli occhi dello osservato, come gli ultimi studi di fisica quantistica dimostrano, risulterebbe che viviamo in una realtà matrix in cui la nostra coscienza ne determina la qualità, in cui tutto ciò che esiste è unito e non separato.

Per tale ragione si rimette tutto in discussione e ciò che noi crediamo che sia reale, non lo è interamente, inducendo noi stessi all’apertura ed alla comprensione delle leggi vitali.