Fisica: teoria della relatività

Di Simone Malacrida

In questo libro sono presentati i seguenti argomenti di fisica di base:

relatività galileiana

crisi della fisica classica

teoria della relatività ristretta

teoria della relatività generale

astrofisica e cosmologia relativistica

tentativi di unificazione e questioni aperte

• Lingua: Italiano
• Editore: Simone Malacrida
• Data di uscita: 27 apr 2016
• ISBN: 9781523658619

Simone Malacrida

Simone Malacrida (1977) Ha lavorato nel settore della ricerca (ottica e nanotecnologie) e, in seguito, in quello industriale-impiantistico, in particolare nel Power, nell'Oil&Gas e nelle infrastrutture. E' interessato a problematiche finanziarie ed energetiche. Ha pubblicato un primo ciclo di 21 libri principali (10 divulgativi e didattici e 11 romanzi) + 91 manuali didattici derivati. Un secondo ciclo, sempre di 21 libri, è in corso di elaborazione e sviluppo.

Anteprima del libro

http://www.amazon.com/-/e/B00J23W2N4

INDICE ANALITICO

INTRODUZIONE

I - LA RELATIVITA GALILEANA

Il concetto di relatività secondo Galileo

La visione di Newton

II -PROBLEMI DELLA FISICA CLASSICA

Introduzione

Osservazioni astronomiche

Le trasformazioni invarianti dell’elettromagnetismo

III -LA RELATIVITA RISTRETTA

La soluzione di Einstein

Rivisitazione della meccanica classica

Lo spazio-tempo

Conseguenze

IV -LA RELATIVITA GENERALE

Introduzione

Matematica tensoriale

Teoria della relatività generale

Conferme sperimentali

V -ASTROFISICA E COSMOLOGIA RELATIVISTICA

Soluzioni delle equazioni di Einstein

Singolarità e buchi neri

Cosmologia relativistica

VI -TENTATIVI DI UNIFICAZIONE E QUESTIONI APERTE

Introduzione

Tentativi di unificazione

Dalla GUT alla teoria del tutto

INTRODUZIONE

In questo libro è presentata l’intera teoria della relatività, così come essa si è presentata nel corso della storia della scienza.

Dapprima, è dato spazio alla teoria della relatività secondo Galileo e secondo la fisica classica.

Dopo aver esposto i problemi della meccanica classica, è data una panoramica dettagliata della teoria della relatività ristretta.

La matematica tensoriale introduce alla comprensione della teoria della relatività generale, le cui conseguenze sono messe in evidenza sia a livello astrofisico sia a livello cosmologico.

Infine, sono proposti i tentativi di unificazione tra la teoria quantistica dei campi e la relatività generale, con le problematiche ancora aperte.

Quanto esposto in questo manuale è affrontato solamente in parte a livello universitario, a meno che non si scelga un corso di studi prettamente legato all’astrofisica e alla cosmologia.

Per la comprensione del manuale, almeno dalla teoria della relatività generale in poi, sono necessarie conoscenze di analisi matematica avanzata.

I

LA RELATIVITA GALILEANA

Il concetto di relatività secondo Galileo

Galileo fu il primo a porsi, in modo scientifico, la questione sulla validità delle leggi fisiche, in particolar modo della meccanica, e sul ruolo di differenti osservatori in sistemi di riferimento diversi.

Galileo partì dall’ipotesi che le leggi della meccanica sono sempre le stesse per sistemi di riferimento inerziali ossia sistemi di riferimento che soddisfano al principio di inerzia.

In poche parole, tali sistemi di riferimento non sono accelerati.

Tali sistemi di riferimento possono essere espressi tramite il formalismo degli assi cartesiani in tre dimensioni (con coordinate cartesiane appunto) e adottando le regole della geometria euclidea.

L’osservatore presente nel sistema di riferimento è solidale con il sistema di riferimento, quindi non è dotato di moto proprio, ma solo di quello del sistema.

Il primo punto che Galileo mise in evidenza è quello della simultaneità dell’esperimento.

Due osservatori posti in sistemi di riferimento inerziali differenti devono compiere il medesimo esperimento al medesimo istante per avere un risultato identico.

Pertanto essi dovranno scambiarsi delle informazioni per sincronizzare tale esperimento.

Galileo cercò di misurare la velocità della luce e ne dedusse che era talmente elevata rispetto alla pratica quotidiana, da rendere irrilevante il tempo necessario per lo scambio di informazioni.

La prima conclusione della relatività galileiana era che il tempo rimaneva uguale a se stesso nel passaggio da un sistema inerziale ad un altro.

Visto che i due sistemi di riferimenti hanno differenti velocità, Galileo si pose il problema di come effettuare una trasformazione delle velocità, passando da un sistema all’altro.

Applicando la geometria euclidea unitamente con le coordinate cartesiane, compose vettorialmente le velocità secondo la ben nota legge del parallelogramma.

Questa legge, già conosciuta da Leonardo, trovava ora una spiegazione nella teoria della relatività galileiana.

In definitiva, dati due sistemi inerziali, il passaggio di coordinate spazio-temporali da un sistema all’altro secondo la relatività galileiana è dato da:

Dove v è la velocità relativa tra i due sistemi, composta secondo la regola del parallelogramma.

Con questi presupposti scientifici e con il metodo elaborato da Galileo, ci furono le reali basi per iniziare il