Vedete quali complicazioni sorgono cercando di determinare il moto nello spazio. Dev’esserci qualche corpo conosciuto col quale mettere in relazione l’oggetto in movimento. Quindi, tutto il movimento nello spazio è relativo, cioè più veloce, più lento, in avanti o all’indietro rispetto a qualche cos’altro. Questa è la base della teoria della relatività.

Teoria della relatività speciale

Nel 1905 Albert Einstein fu il primo a formulare questa teoria in modo che potesse studiarsi con calcoli matematici ed esperimenti. La sua teoria includeva le idee principali che (1) tutto il moto è relativo, il che significa che la velocità e la direzione di qualsiasi oggetto si può misurare solo in relazione a un altro oggetto; e (2) che la velocità della luce nel vuoto è un valore assoluto, cioè essa viaggia a circa 300.000 chilometri al secondo ed è indipendente dal moto della sorgente della luce.

Illustriamo questi due punti. Se foste su un treno che va a ottanta chilometri all’ora e lanciaste una palla in avanti lungo il corridoio alla velocità di trenta chilometri all’ora, a quale velocità andrebbe la palla? In relazione a voi, e ai passeggeri che sono lungo il corridoio, la palla va a trenta chilometri all’ora.

Ma diciamo che fuori ci sia una persona lungo i binari della ferrovia e che essa sia in grado di vedere attraverso i finestrini del treno la palla che viene lanciata. A che velocità andrebbe la palla in relazione ad essa? Andrebbe a 110 chilometri all’ora, poiché includerebbe anche la velocità del treno. Pertanto, la velocità della palla è relativa, secondo chi l’osserva.

Ma con la luce le cose sono interamente diverse. Se poteste accelerare il treno a 160.000 chilometri al secondo e poi lanciaste un raggio di luce lungo il corridoio, a quale velocità pensate che andrebbe la luce? Ebbene, per voi sul treno, direste 300.000 chilometri al secondo, giacché questa è la velocità della luce. Ma a quale velocità passerebbe davanti all’osservatore lungo i binari? Come nel caso della palla lanciata, potreste pensare che anche in questo caso, per l’osservatore di fuori, doveste aggiungere la velocità del treno (160.000 chilometri al secondo in questo caso) alla velocità della luce (300.000 chilometri al secondo), ottenendo come risultato una velocità totale di 460.000 chilometri al secondo.

Ma questo non avviene con la luce! È un fenomeno sorprendente; indipendentemente dalla velocità del treno, non potreste affatto accelerare quel raggio di luce! Esso passerebbe davanti all’osservatore lungo i binari a 300.000 chilometri al secondo, giacché non risente della velocità della sua sorgente. La velocità della luce rappresenta l’ultima velocità di qualsiasi cosa che gli scienziati abbiano osservato nell’universo, sebbene ci possano essere velocità maggiori ad essi sconosciute.

Queste due idee, che tutto il moto è relativo, e che la velocità della luce è indipendente dalla velocità della sua sorgente, sono la base di quella che si chiama Teoria della Relatività Speciale.

Naturalmente, la Teoria della Relatività Speciale è molto più complessa di quanto possa indicare questa considerazione, giacché definisce la relazione fra luce, energia e materia. Essa rese possibili i calcoli che ebbero come risultato la famosa equazione E=mc², che fu la base della bomba atomica. L’esplosione della bomba lasciò pochi dubbi sulla generale validità della teoria della relatività speciale di Einstein.

Teoria della relatività generale

Ma che accade quando vi sono cambiamenti di velocità e direzione? Come influiscono sul moto dei corpi celesti i campi gravitazionali di altri corpi? Qual è l’effetto sulla luce quando passa vicino a una stella o a un pianeta che ha un forte campo gravitazionale?

Nel 1916 Einstein formulò la sua Teoria della Relatività Generale. In essa incluse le possibilità dei cambiamenti di velocità e direzione, particolarmente poiché essi sono dovuti agli indefiniti effetti della gravità.

Esprimendo questa teoria col linguaggio matematico se ne rivela la straordinaria complessità. Il libro New Frontiers of Physics dice che ci vorrebbe “una serie di dieci simultanee equazioni differenziali, ciascuna con una composizione così terribile e meravigliosa che bisogna scriverla nel modo più compatto e sconosciuto per renderla appropriata”. Se dunque la relatività è un soggetto difficile per voi, non vi sorprendete! Lo è anche per gli scienziati!

Secondo la sua teoria, Einstein fu in grado di predire alcune altre cose interessanti. Uno era l’effetto che la gravità avrebbe avuto sui naturali processi del tempo.

La gravità rallenta i processi

Quando parliamo di naturali processi del tempo, intendiamo particolarmente gli “orologi” atomici, i ritmici, vibranti atomi che emettono radiazioni a ritmo costante che si può misurare. Questi “orologi” atomici sono assai più accurati dei nostri orologi meccanici.

La Teoria della Relatività Generale prevedeva che tutti i processi naturali del tempo come le radiazioni ritmiche degli atomi erano più lenti su un corpo più grande, “più pesante”. Per esempio, un atomo emetterebbe radiazioni più lentamente sul sole che non sulla terra, giacché il sole ha una massa, o “peso”, maggiore.

Mentre è difficile ottenere la prova di tale previsione, le misurazioni dei cambiamenti nel ritmo delle radiazioni atomiche da corpi densi hanno fornito una certa indicazione che la conclusione di Einstein era generalmente corretta. Tali processi su un pianeta o stella con massa, o “peso”, maggiore, appaiono più lenti che sulla terra, a motivo della maggiore forza di gravità che vi è sugli altri corpi.

Un’altra interessante conclusione tratta da questa teoria fu che la gravità poteva attrarre, o piegare, un raggio di luce.

Deflessione di un raggio di luce

Einstein calcolò che un raggio di luce poteva essere deflesso, o piegato, da un campo gravitazionale in maniera molto simile a come una particella di materia è attratta dalla gravità.

Per ottenere una prova sperimentale, era necessaria una grande impresa. Due spedizioni astronomiche inglesi fotografarono la posizione di una stella prescelta, ciascuna da un diverso punto della terra. Quindi, dalle stesse due posizioni, furono fatte altre fotografie della stessa stella mentre il sole si trovava fra la stella e la terra. Se la luce della stella era stata piegata passando davanti al sole, doveva essere indicato da un cambiamento di posizione sulle diverse fotografie.

Matematicamente, Einstein calcolò la deflessione a circa 1,75 secondi d’arco secondo la sua teoria. I due gruppi misurarono gli spostamenti sulle fotografie. In un caso era di 1,98 secondi di arco. Le misure dell’altro gruppo erano di 1,6 secondi. Questo si avvicinava notevolmente alla previsione, abbastanza da confermare la sua fondamentale supposizione.

Giacché la gravità poteva influire su un raggio di luce, ciò poneva un’interessante possibilità. In Relativity for the Layman, l’autore J. Coleman dichiarò: “È interessante supporre quale debba essere la massa di una stella perché la sua attrazione gravitazionale sia abbastanza forte da impedire che una qualsiasi quantità di luce della stella lasci la stella. Si può mostrare che per una stella dello stesso raggio del sole questo accadrebbe se la sua massa fosse approssimativamente 400.000 volte la massa del sole. Se tali stelle esistessero, non potremmo mai vederle, indipendentemente da quanto fossero vicine o dallo splendore della loro luce!”

Altre interessanti possibilità sono derivate dalla Teoria della Relatività Generale. Essa ha fatto luce su diversi fenomeni che influiscono sul mondo in cui viviamo. Ma mentre gli scienziati continuano a usare le formule matematiche della teoria, i critici non mancano. Queste critiche sono dovute principalmente al fatto che le formule furono composte per corrispondere ai fatti scoperti, anziché trarre le formule da princìpi fondamentali. Ciò che ancora si farà per esprimere le leggi dell’universo resta da vedersi.

Tuttavia, mentre le teorie sono messe alla prova, confermate, modificate o respinte, continua a risaltare un fatto fondamentale. È la grande armonia dell’universo. Il commento stesso di Einstein fu: “La fisica moderna è più semplice della fisica antica. . . . Più semplice è il nostro quadro del mondo esterno e più fatti include, maggiormente si rispecchia nella nostra mente l’armonia dell’universo”.

In realtà, negli ultimi anni della sua vita Einstein formulò la Teoria del Campo Unitario. Questa teoria fu espressa con un’unica serie di leggi fisiche che avrebbero incluso ciò che avviene all’interno dell’atomo nonché ciò che avviene nello spazio extraterrestre. Mostra che le forze fondamentali dell’universo non sono indipendenti le une dalle altre, ma sono realmente inseparabili. L’universo e tutte le sue parti furono viste come una cosa unica. Di questa Teoria del Campo Unitario, Lincoln Barnett dichiarò in The Universe and Dr. Einstein: “Una profonda semplicità prende dunque il posto della superficiale complessità della natura. . . . Pertanto tutte le percezioni dell’uomo circa il mondo e tutte le sue intuizioni astratte della realtà si fondono finalmente in una, e la profonda fondamentale unità dell’universo è messa a nudo”.

La persona veramente saggia e umile riconosce da dove ebbe origine tutta questa grandezza e armonia. Dovette avere un Progettatore e Fattore, giacché nulla di organizzato viene all’esistenza per caso. L’antico salmista ne riconobbe la fonte, dicendo: “I cieli dichiarano la gloria di Dio”. E l’apostolo Paolo pure lo riconobbe dichiarando: “Naturalmente, ogni casa è costruita da qualcuno, ma chi ha costruito tutte le cose è Dio”. — Sal. 19:1; Ebr. 3:4.

Un buon affare

✔ Gli Stati Uniti acquistarono la Florida dalla Spagna per 3.100 milioni di lire nel 1819. Ora più di 14.000.000 di persone visitano ogni anno lo stato, e spendono circa 1.563.640.000.000 di lire. Ogni anno le fabbriche della Florida producono circa 438.480.000 litri di succo d’arancia congelato e concentrato.