The Equivalence Principle
Il punto di partenza di Einstein — il suo 'pensiero più felice' — era il principio di equivalenza: una persona in caduta libera non può distinguere tra cadere in un campo gravitazionale e fluttuare nello spazio vuoto. Localmente, gravità e accelerazione sono identiche. Da questa semplice osservazione, ha passato 8 anni a sviluppare la matematica dello spacetime curvo.
Cos'è lo Spacetime Curvo?
Nella fisica newtoniana, lo spazio è piatto e tridimensionale; il tempo è separato e assoluto. Nella relatività generale, spazio e tempo sono unificati nello spacetime quadridimensionale, e gli oggetti massicci curvano questo tessuto. La Terra curva lo spacetime attorno a sé; la Luna segue un percorso curvo attraverso questo spacetime curvo — quello che chiamiamo orbita. Non esiste una forza gravitazionale; esiste solo una geometria curva.
Le Equazioni di Campo di Einstein
Le equazioni di campo di Einstein (Gμν + Λgμν = 8πG/c⁴ Tμν) mettono in relazione la curvatura dello spacetime (lato sinistro) con la distribuzione di energia e materia (lato destro). John Wheeler le ha riassunte così: 'Lo spacetime dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spacetime come curvarsi.' Le equazioni sono 10 equazioni differenziali alle derivate parziali accoppiate e non lineari — tra le più matematicamente impegnative della fisica.
Confirmations
Le osservazioni dell'eclissi solare di Eddington nel 1919 hanno confermato che la luce stellare si piega attorno al Sole come la RG predice. La precessione orbitale di Mercurio (inspiegabile da Newton) è esattamente spiegata dalla RG. I satelliti GPS devono correggere la dilatazione del tempo della RG — senza la correzione, il GPS deriverebbe di ~10 km al giorno. Le onde gravitazionali (predette nel 1916) sono state rilevate per la prima volta da LIGO nel 2015. I buchi neri, predetti dalle equazioni della RG, sono stati direttamente fotografati dal Telescopio Event Horizon (2019).
Frequently Asked Questions
Cos'è la relatività generale in termini semplici?
La relatività generale è la teoria di Einstein secondo cui la gravità non è una forza, ma la curvatura dello spacetime causata dalla massa e dall'energia. Gli oggetti massicci curvano il tessuto dello spacetime; altri oggetti seguono le curve, che sperimentiamo come attrazione gravitazionale. Immagina una palla da bowling su un foglio di gomma che fa rotolare delle biglie vicine verso di essa.
Come è stata confermata la relatività generale?
La relatività generale è stata confermata da: l'osservazione di Eddington nel 1919 della curvatura della luce stellare attorno al Sole durante un'eclissi solare; le correzioni dei satelliti GPS per la dilatazione del tempo (senza cui il GPS sarebbe impreciso di ~10 km/giorno); il rilevamento di onde gravitazionali da parte di LIGO (2015); e le immagini di buchi neri del Telescopio Event Horizon (2019). È la teoria più precisamente testata nella storia della fisica.
Qual è la differenza tra la relatività speciale e quella generale?
La relatività speciale (1905) si applica agli osservatori in moto uniforme (senza accelerazione) e affronta la dilatazione del tempo, la contrazione della lunghezza e E=mc². La relatività generale (1915) estende questo per includere la gravità e l'accelerazione, descrivendo la gravità come curvatura dello spacetime. La relatività generale si riduce a quella speciale localmente in assenza di gravità.
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