Qual è la teoria della relatività?
Non esiste una "teoria della relatività" - solo due teorie che occasionalmente rientrano nello stesso designatore - la teoria della relatività speciale e la teoria della relatività generale. Entrambi sono stati ideati dal famoso fisico Albert Einstein tra il 1905 e il 1915. Entrambe queste teorie hanno ribaltato la meccanica classica di Newton, che aveva tenuto per secoli prima.
La teoria della relatività speciale è una teoria della struttura dello spaziotempo, che afferma che 1) le leggi della fisica sono le stesse per tutti gli osservatori in moto uniforme l'una rispetto all'altra e 2) la velocità della luce nel vuoto è la stessa per tutti gli osservatori, indipendentemente dal loro movimento del movimento della sorgente luminosa. Questo porta a conseguenze bizzarre. Ad esempio, immagina di muoverti su un treno che va a 100 mph accanto a un altro treno che si muove nella stessa direzione a 100 mph. Dal tuo punto di vista, il treno accanto a te sembra quasi immobile. Ma immagina di essere su un treno che si muove alla velocità della luce, mentre è vicino a un raggio di luce. Invece del raggio di luce che sembra fermarsi, si muove davanti a te alla velocità della luce. La luce è strana in questo modo.
Molte delle conseguenze che derivano dalla teoria della relatività speciale sono 1) dilatazione del tempo (gli orologi che si muovono vicino alla velocità della luce funzionano più lentamente degli orologi fissi), 2) contrazione della lunghezza (gli oggetti che si muovono vicino alla velocità della luce sembrano contrarsi in la direzione del moto), 3) relatività della simultaneità (cose che sembrano accadere contemporaneamente all'osservatore stazionario A possono sembrare accadere in momenti diversi rispetto all'osservatore in movimento B), 4) equivalenza massa-energia (massa ed energia sono essenzialmente la stessa cosa e trasmutabili l'una nell'altra).
La teoria generale della relatività, che è stata concepita pochi anni dopo la teoria speciale della relatività, è una teoria di come funziona la gravità. Inizialmente si basava sul principio di equivalenza, l'idea che l'accelerazione e la stabilità in un campo gravitazionale di una data forza siano fisicamente identiche. Poiché non è richiesta alcuna forza speciale per creare effetti inerziali in un oggetto in accelerazione, Einstein ha proposto di pensare allo stesso modo sulla gravità, rinunciando alla nozione classica di forza gravitazionale e concependo invece la gravità come curve nello spazio-tempo. Questo spiega fenomeni come il perché la luce si piega in presenza di un campo gravitazionale anche se manca di massa.
La teoria generale della relatività fornisce spiegazioni e fa previsioni che sarebbero sembrate ridicole nella visione del mondo della meccanica classica. Oltre alla flessione della luce in presenza di un campo gravitazionale, prevede che il tempo passi più lentamente in presenza di un campo gravitazionale, precessioni di orbite planetarie (cambiamento) a causa della coppia esercitata dal campo gravitazionale del Sole, si verifica il trascinamento del telaio, per cui si verifica un massiccio i corpi rotanti "trascinano" attorno a sé la struttura inerziale dello spaziotempo circostante e che l'universo si sta espandendo, in alcuni casi più veloce della velocità della luce, perché è lo spazio stesso che si sta espandendo, non oggetti al suo interno.
Per svelare le implicazioni di queste teorie ci sono voluti decenni ed è ancora in corso oggi. Le teorie di Einstein erano così lungimiranti che ci vollero decenni per testarle e confermarle con grande precisione. Col senno di poi, le idee di Einstein furono quasi completamente validate.