Relatività ristretta

Il racconto

L'impiegato dell'ufficio brevetti

Nel 1905 un giovane di 26 anni lavorava a Berna, in Svizzera, come impiegato all'ufficio dei brevetti, dove si controllavano le invenzioni delle persone. Si chiamava Albert Einstein, era nato a Ulm, in Germania, nel 1879, e non aveva trovato un posto all'università. Il lavoro, però, gli lasciava tempo: lui scriveva i suoi pensieri e ci pensava sui treni, a casa, a passeggio con l'amico Michele Besso, discutendo di fisica. Quell'anno, che gli storici chiamano «l'anno miracoloso», pubblicò quattro articoli che cambiarono la scienza.

Il primo spiegava che la luce è fatta di piccoli pacchetti di energia, i «quanti», e per questa idea ricevette il premio Nobel per la fisica 1921 (assegnato nel 1922). Il secondo spiegava il moto a zig zag dei granelli di polline nell'acqua, con la presenza di atomi e molecole, e aiutò a convincere chi ancora dubitava che gli atomi esistessero. Gli altri due articoli riguardavano la «relatività ristretta».

Una luce, due osservatori

Il problema nasceva da un fatto strano. Se salto su un treno che viaggia a cento chilometri all'ora e lancio una palla in avanti a venti chilometri all'ora, per chi sta fermo sulla banchina la palla va a centoventi. Per la luce, invece, non funziona così. Gli esperimenti di fine Ottocento mostravano che la luce ha sempre la stessa velocità, circa trecentomila chilometri al secondo, per chiunque la misuri, anche se corre nella stessa direzione.

Einstein partì da due idee semplici: le leggi della fisica sono uguali per tutti gli osservatori che si muovono a velocità costante, e la velocità della luce è la stessa per tutti. Per far quadrare i conti, bisognava accettare qualcosa di sorprendente: lo spazio e il tempo non sono uguali per tutti. Chi si muove a velocità altissime vede scorrere il tempo più lentamente, e le distanze si accorciano nella direzione del moto. È come se ognuno avesse il proprio orologio e il proprio metro.

Queste idee sembrano assurde perché nella vita di tutti i giorni viaggiamo a velocità piccolissime rispetto alla luce, e gli effetti si notano appena. Ma esistono, e sono stati misurati: per esempio, in orologi atomici portati in aereo, e nelle particelle create nell'alta atmosfera, che vivono abbastanza da arrivare fino al suolo proprio perché si muovono quasi alla velocità della luce.

E = mc²

Alla fine del 1905 Einstein scrisse un articolo brevissimo, di tre pagine, con un'altra conseguenza: la massa e l'energia sono due facce della stessa cosa. La formula è diventata la più famosa del mondo: E = mc², dove E è l'energia, m è la massa e c è la velocità della luce. Poiché c è un numero enorme, e viene moltiplicato per sé stesso, anche una piccolissima quantità di massa contiene una quantità enorme di energia: un grammo equivale a circa ventuno mila tonnellate di tritolo. È la spiegazione di come il Sole brilla, trasformando ogni secondo milioni di tonnellate della sua massa in luce e calore, e di come funziona una centrale nucleare.

La gravità e la fama

Per dieci anni Einstein continuò a pensare, e nel 1915 completò la «relatività generale»: la gravità non è una forza misteriosa, ma una curvatura dello spazio e del tempo, causata dalla materia, come una palla pesante su un lenzuolo teso. Nel 1919, durante un'eclisse di Sole, l'astronomo inglese Arthur Eddington misurò che la luce di alcune stelle si piegava passando vicino al Sole, proprio come previsto. Le notizie arrivarono sui giornali di tutto il mondo, e Einstein diventò famoso. Nel 1933, davanti all'ascesa del nazismo, lasciò la Germania per gli Stati Uniti, dove restò fino alla morte, nel 1955.