Lo scorso anno abbiamo studiato la meccanica classica, la teoria proposta nel 1697 da Isaac Newton per descrivere l'effetto delle forze sul moto dei corpi.
La meccanica Newtoniana è un modello estremamente accurato, e predice con estrema precisione il moto dei sistemi meccanici in praticamente tutte le situazioni sperimentali che possiamo considerare.
Tuttavia un modello fisico è come una cartina geografica: descrive bene la realtà ma solo fino ad un certo livello di dettaglio. Se ci spingiamo oltre, notiamo uno scollamento tra realtà e modello: come una cartina dell'Europa non riporta i dettagli delle strade di Roma, così la meccanica classica non descrive il troppo piccolo o il troppo grande.
Questo non toglie che i fisici, nel corso della storia, si siano convinti spesso di aver trovato il modello definitivo che descrive esattamente la realtà. E quando nella seconda metà del '800 la meccanica classica iniziò a scricchiolare, grande fu la sorpresa del mondo scientifico.
La pietra dello scandalo fu offerta dalle leggi dell'elettromagnetismo. Nel 1865 James Clerk Maxwell formulò le 4 equazioni che descrivono completamente le interazioni tra campo elettrico e campo magnetico.
Queste equazioni non rispettano la relatività galileiana, una delle conseguenze fondamentali della meccanica Newtoniana. Si pensò allora all'esistenza di un sistema di riferimento privilegiato, che avrebbe contenuto un ipotetico mezzo (che venne chiamato etere luminifero) attraverso il quale si sarebbero propagate le onde elettromagnetiche, come le onde acustiche si propagano nell'aria.
In quello che fu probabilmente il più dirompente esperimento di tutta la storia della Fisica, Albert Michelson e Edward Morley, nel 1887, cercarono di misurare la velocità della Terra rispetto all'etere. L'idea è che se la Terra si muove verso la sorgente luminosa, la velocità della luce dovrebbe (secondo la cinematica classica) essere maggiore di quella misurata quando la Terra si allontana dalla sorgente. Il risultato, totalmente inatteso, fu che la velocità della luce invece era sempre la stessa.
La maggior parte dei fisici teorici, capeggiati da Hendrik Lorentz e da Henry Poicaré, provò a modificare il concetto di etere lavorando sulla matematica delle equazioni di Maxwell, finché nel 1905 Albert Einstein propose il suo rivoluzionario modello: la teoria della relatività ristretta, il più celebrato, il più rivoluzionario e il più dirompente modello fisico mai concepito dall'Uomo.
L’intuizione determinante di Einstein fu quella di estendere e portare alle estreme conseguenze il principio di relatività galileiano, rassegnandosi all’evidenza sperimentale che la velocità della luce è la stessa in ogni sistema di riferimento e rigettando l’idea di etere.
Fu un passo estremamente difficile da fare, perché fu necessario abbandonare l’idea di un tempo assoluto (Newton, Leibnitz, Kant), ed accettare il fatto che differenti osservatori misurino intervalli di tempo diversi a seconda del loro stato di moto relativo. Addirittura, osservatori in moto l’uno rispetto all’altro non sono d’accordo sulla simultaneità tra due eventi. Spazio e tempo, nella teoria della relatività, cessano di essere strutture autonome, per diventare intimamente interconnessi.
In queste note, ripercorreremo le tappe fondamentali che hanno portato alla costruzione della teoria della relatività ristretta.