TEORIA DELLA RELATIVITA'

Le figure di seicento grandi uomini di ogni epoca santi, filosofi e re, sono scolpite sulle pareti di marmo della chiesa di Riverside a New York; si ergono in rigida immobilità, sorvegliando spazio e tempo con fermo sguardo immortale. Un pannello inquadra i geni della scienza - quattordici - collegando attraverso i secoli Ippocrate, morto nel 370 a. C., ad Albert Einstein, morto nel 1955.


È altrettanto interessante notare come, fra le migliaia di persone che ogni settimana ammirano la più spettacolosa chiesa protestante di Manhattan, probabilmente il 99 per cento sarebbe incapace di spiegare perché l'immagine di Einstein figuri in quel luogo. Vi si trova scolpita perché nella generazione passata, quando si discuteva il progetto della chiesa, Harry Emerson Fosdick scrisse ad un gruppo di eminenti scienziati americani domandando che gli fornissero un elenco di quattordici grandissimi uomini nella storia della scienza. I1 suffragio non fu unanime; la maggior parte degli elenchi segnalava Archimede, Euclide, Galileo, Newton. Ma tutti portavano scritto il nome di Albert Einstein. I1 lungo intervallo durato piu di quaranta anni - da quando fu pubblicata la teoria della relatività ristretta nel 1905 - fra la celebrità raggiunta da Einstein e la comprensione di essa da parte del pubblico, misura la lacuna nella cultura delle genti. Al giorno d'oggi la maggior parte di coloro che leggono i giornali sanno in modo molto vago che Einstein ha qualche relazione con la bomba atomica; al di là di questo, il suo nome è sinonimo di alcunché di astruso. Non c'è da meravigliarsi quindi se molti ancora immaginano Einstein come una specie di matematico surrealista, piuttosto che come lo scopritore di leggi cosmiche di grandissima importanza nella faticosa lotta dell'uomo per arrivare a comprendere la realtà fisica. Essi non sanno che la relatività, ben al di sopra del suo significato scientifico, comprende un grande sistema filosofico il quale continua ed illumina il pensiero dei grandi epistemologisti: Locke, Berkeley e Hume. Conseguentemente essi hanno una ben scarsa conoscenza del vasto, arcano e cosi misteriosamente armonioso universo in cui vivono.

Albert Einstein, negli ultimi anni lavorò indefessamente intorno ad un problema che lo tormentava da molto tempo.

Da Wikipedia...

La teoria delle stringhe prende le mosse da un articolo del fisico teorico Gabriele Veneziano per spiegare le peculiarità del comportamento degli adroni. Durante gli esperimenti condotti negli acceleratori di particelle, i fisici avevano osservato che lo spin di un adrone non è mai maggiore di un certo multiplo della radice della sua energia. Nessun semplice modello adronico, come quello di renderli composti da un serie di particelle più piccole legate insieme da un qualche tipo di forza, era in grado di spiegare tali relazioni. Nel 1968 Veneziano trovò che una funzione a variabili complesse creata dal matematico svizzero Leonhard Euler (latinizzato Eulero), la funzione beta, si adattava perfettamente ai dati sull'interazione forte. Veneziano applicò la Funzione Beta di Eulero
alla forza forte, ma nessuno sapeva spiegarsi perché funzionasse.

Nel 1970, Yoichiro Nambu, Holger Bech Nielsen, e Leonard Susskind presentarono una spiegazione fisica per la straordinaria precisione teorica della formula di Eulero. Rappresentando la forza nucleare attraverso stringhe vibranti ad una sola dimensione, questi fisici mostrarono come la funzione di Eulero descrivesse accuratamente queste forze. Ma anche dopo che i fisici ebbero proposto una possibile spiegazione fisica per l'intuizione di Veneziano, la descrizione che le stringhe davano della forza forte faceva predizioni che contraddicevano direttamente le esperienze. La comunità scientifica perse presto interesse nella teoria delle stringhe, e il modello standard, con le sue particelle e i suoi campi, rimase a farla da padrone.

Poi, nel 1974, John Schwarz e Joel Scherk, e indipendentemente Tamiaki Yoneya, studiarono i modelli con caratteristiche da messaggero della vibrazione di stringa e trovarono che le loro proprietà combaciavano esattamente con le particelle mediatrici della forza gravitazionale — i gravitoni. Schwarz e Scherk argomentarono che la teoria delle stringhe non aveva avuto successo perché i fisici ne avevano frainteso gli scopi.

Questo condusse allo sviluppo della teoria di stringa bosonica, che è ancora la versione insegnata a molti studenti. Il bisogno originario di un'indipendente teoria degli adroni è stata accantonata con la nascita della cromodinamica quantistica, la teoria dei quark e delle loro interazioni. Ora si spera che o la teoria delle stringhe o qualcuna derivata da essa comporterà una comprensione fondamentale degli stessi quark.

La teoria di stringa bosonica è formulata in termini di azione di Polyakov, una quantità matematica che può essere usata per prevedere come le stringhe si muovono nello spazio-tempo. Applicando le idee della meccanica quantistica all'azione di Polyakov — procedura nota come quantizzazione — si può dedurre che ogni stringa può vibrare in molti modi diversi, e che ogni stato di vibrazione rappresenta un tipo diverso di particella. La massa di cui è dotata la particella e i vari modi in cui può interagire, sono determinati dai modi in cui la stringa vibra — essenzialmente, dalla nota che la stringa vibrando produce. La scala delle note, ad ognuna delle quali corrisponde una particella, è denominata "spettro energetico" della teoria.

Questi primi modelli includevano sia stringhe aperte, che hanno due punti terminali definiti, che stringhe chiuse, dove gli estremi sono congiunti a formare un anello, un loop. I due tipi di stringa si comportano in maniera leggermente diversa, producendo due spettri. Non tutte le moderne teorie delle stringhe usano entrambi i tipi; alcune comprendono solo le tipologie chiuse.

Comunque, la teoria bosonica comporta dei problemi. Fondamentalmente, la teoria ha una peculiare instabilità, portando al decadimento dello stesso spazio-tempo. In più, come il nome suggerisce, lo spettro di particelle contiene solo bosoni, particelle come il fotone con spin intero. Sebbene i bosoni siano un ingrediente indispensabile nell'universo, non sono i suoi unici costituenti. Investigando su come una teoria delle stringhe debba includere i fermioni nel suo spettro conduce alla supersimmetria, una relazione matematica tra bosoni e fermioni che è ora un settore di studio indipendente. Le teorie delle stringhe che includono vibrazioni fermioniche sono conosciute come teorie delle superstringhe; ne sono stati descritti parecchi tipi diversi.

Tra il 1984 e il 1986, i fisici compresero che la teoria delle stringhe avrebbe potuto descrivere tutte le particelle elementari e le interazioni tra loro, e centinaia di loro iniziarono a lavorare sulla teoria delle stringhe come l'idea più promettente per unificare la fisica. Questa prima rivoluzione delle superstringhe era iniziata dalla scoperta di un anomalo annullamento nella teoria delle stringhe di tipo I da parte di Michael Green e John Schwarz nel 1984. L'anomalia venne eliminata grazie al meccanismo di Green-Schwarz. Altre inaspettate e rivoluzionarie scoperte, come la stringa eterotica, vennero fatte nel 1985.

Negli anni novanta, Edward Witten e altri trovarono forti prove a dimostrazione che le differenti teorie delle superstringhe sono diversi limiti di una sconosciuta teoria a undici dimensioni chiamata M-teoria. Queste scoperte stimolarono la seconda rivoluzione delle superstringhe. Quando Witten la chiamò M-teoria, non specificò per cosa stesse la M, presumibilmente perché non si sentiva in diritto di denominare una teoria che non era in grado di descrivere interamente. Indovinare per cosa stia la M è diventato una sorta di gioco tra i fisici teorici. La M talvolta viene fatta corrispondere a Mistero, Magia o Madre. Ipotesi più serie includono Matrice o Membrana. Sheldon Glashow ha notato che la M può essere un rovesciamento di W, iniziale di Witten. Altri ipotizzano Mancante, Mostruoso o anche Murky (oscura). Secondo lo stesso Witten, come detto in PBS documentary, basato su "The Elegant Universe" di Brian Greene, la M in M-teoria sta per "magia, mistero, o matrice a piacere."

Alcuni recenti sviluppi nel campo delle D-brane, oggetti che i fisici hanno scoperto, possono anche essere incluse in alcune teorie che comprendono stringhe aperte della teoria delle superstringhe.

Se non accadesse nulla, se nulla cambiasse, il tempo si fermerebbe. Perchè il tempo non è altro che cambiamento, ed è appunto il cambiamento ciò che noi percepiamo, non il tempo. Di fatto il tempo non esiste.

Un saggio che arriva al cuore della fisica moderna, che solleva dubbi sul maggiore contributo di Einstein (il continuo dello spaziotempo) ma che propone anche una soluzione a uno dei più grandi paradossi della scienza contemporanea: la distanza tra la fisica classica e la fisica quantistica. Barbour sostiene che l'unificazione della relatività generale di Einstein con la meccanica quantistica può determinare la fine del tempo. Il tempo non avrà più un ruolo centrale nei fondamenti della fisica. In questo testo rivoluzionario si aprono squarci affascinanti sui misteri dell'universo: i mondi multipli, i viaggi nel tempo, l'immortalità e, soprattutto, l'illusione del moto.

Dopo la fine della storia e la fine della scienza (cfr. "L'Indice", 1999, n. 3) questa volta tocca al tempo. L'idea è affascinante: il tempo non scorre, non passa. È solo una serie di istanti singoli e autonomi (che l'autore definisce "Adesso") che noi colleghiamo assieme e vediamo scorrere sotto forma di "tempo". Non ci si deve meravigliare troppo della nostra interpretazione del tempo perché - come ha dimostrato Paolo Bozzi in Fisica ingenua - noi vediamo e interpretiamo il mondo su basi aristoteliche: il Sole sorge e tramonta, e così via. Da un punto di vista strettamente scientifico, nel momento in cui si riuscisse a unificare la teoria della relatività con la meccanica quantistica il tempo sparirebbe davvero. Ed è proprio questo che l'autore si prefigge di dimostrare. Il testo è costruito in maniera organica, partendo da capitoli abbastanza divulgativi, con dettagli tecnici piuttosto ridotti, poi diventa un po' più tecnico e richiede una discreta attenzione, pur restando sempre leggibile. Certo scegliere tra Eraclito ("tutto scorre") e Parmenide ("l'essere è immutabile e intemporale") non è facile. Per questo Barbour ricorre a Platone per il quale "le uniche cose reali sono le forme o idee " e battezza "Platonia" il paese matematicamente perfetto e il paesaggio atemporale in cui nulla cambia. "I suoi punti sono tutti gli istanti di tempo, tutti gli Adesso; semplicemente ci sono, una volta per tutte". Insomma, una sorta di "infiniti universi e mondi" alla Giordano Bruno, che però è per noi difficile non collegare assieme. Ovviamente senza tempo viene a mancare anche il moto e perfino la storia. Si passa così da Newton a Einstein per mostrare infine come la cosmologia quantistica - e quindi il nostro universo - sia atemporale. Nell'epilogo la parola è lasciata ai letterati, che hanno spesso descritto un universo senza tempo. L'ipotesi è affascinante ma, forse perché siamo capaci di vedere il mondo solo in chiave aristotelica, lascia un po' di perplessità.

Una critica profonda alla concezione newtoniana dello spazio ed al tempo come entità assolute e non relative, venne successivamente elaborata da Albert Eintein (1879-1955), il più famoso scienziato vissuto nel nostro secolo.

Einstein si rese conto che la percezione era implicata nella relatività del moto, proprio in quanto l'osservazione del movimento degli oggetti rendeva necessario che l'oggetto fosse illuminato: la relatività di Galileo doveva riguardare la luce.

Einstein considerò che se il tempo della percezione degli oggetti fosse istantaneo (T=0 ), la velocità della luce dovrebbe essere infinita, come si era esemplificato fino ad allora: quando apriamo gli occhi ed osserviamo il mondo, vediamo quello che è effeftivamente e contemporaneamente presente attorno a noi.

Ma Einstein sapeva che Michelson e Morley, due scienziati americani, avevano dimostrato nel 1887 che la velocità della luce era elevata, ma non infinita e che infatti corrispondeva a circa 300.000 Km/secondo (quantità che indicheremo con c).
Ciò significa che la luce delle stelle che vediamo in cielo proviene dal passato; potremo infatti casualmente vedere la luce emessa da una stella, che in effetti non esiste più da molto tempo.

Allora Einstein, a seguito della enunciazione che non è misurabile nulla di più veloce della luce, immaginò di cavalcare la luce che porta l'informazione sul movimento: da qui la necessità di modifica delle dimensioni relative allo spazio/tempo in cui si osservano gli eventi.
Infatti, muovendoci alla velocità della luce esploreremmo tutto il passato dell'universo: poiché il rapporto S/T deve risultare come limite massimo uguale alla velocità della luce, che nel vuoto è stata misurata come costante universale c; se la velocità delle luce è costante, per rimanere tale a tutte le condizioni del moto, devono variare il numeratore e/o il denominatore del rapporto che esprime la velocità.

Inoltre Einstein proponendo la sua teoria della relatività nel 1905, formulò l'ipotesi che se riteniamo l'energia totale (E) una costante universale, il cambiamento delle dimensioni relative tra spazio e tempo deve corrispondere ad una variazione della massa dei corpi.
Da qui la famosa equazione della relatività, E = mc2.

Questa formulazione comporta che, in prossimità della velocità della luce, la massa di un corpo in moto deve diventare energia.

Con Einstein si realizza un grande cambiamento nel modo di pensare allo spazio ed al tempo: l'equazione della relatività stabilisce che se la massa dei corpi in movimento varia a seconda della velocità, allora nuove dimensioni dello spazio/tempo vengono definite dalle interazioni della massa variabile con il campo della energia.

Per Einstein spazio e tempo non sono più quantità assolute e distinte, di valore primordiale come aveva supposto Newton, ma intrinsecamente relative, per cui lo spazio non è assolutamente distinguibile dal tempo; sono gli eventi di interazione tra energia e materia che determinano dimensioni variabili dello spazio/tempo nell'universo.

Purtroppo tali distorsioni relativistiche dello spazio/tempo in funzione della velocità a cui sono soggette le masse dei corpi in movimento, generano inammissibili paradossi logici a tutt'oggi irrisolti.

Il più famoso è il cosiddetto paradosso dei gemelli.

Trattasi di un esperimento mentale in cui si suppone che un gemello resti a terra e l'altro navighi nello spazio ad una velocità che si approssima sempre più a quella della luce; dato che c=S/T, se la velocità dell'astronave aumenta, il valore del tempo sull'astronave deve diminuire, deve cioè rallentare il ticchettio dell'orologio del gemello in volo rispetto a quello del gemello rimasto a terra. In tal caso quando il gemello volante torna a casa trova il fratello molto più vecchio di lui.

Questo tipo di paradosso non è nuovo: è spesso ricordato il paradosso di Achille e la tartaruga di Zenone d'Elea (480? a.C.), che impediva al veloce Achille di sorpassare la tartaruga perché, prima di raggiungerla, avrebbe dovuto arrivare alla metà della distanza tra lui e la tartaruga; ma se si suppone di poter dividere un segmento dello spazio all'infinito, di conseguenza Achille non può avere altro che un tempo infinito per raggiungere l'infinitesima suddivisione della distanza che lo separa dalla tartaruga.

Il paradosso dei gemelli come quello della tartaruga irraggiungibile, evidenziano come alcuni ragionamenti scientifici, apparentemente coerenti, portino a conclusioni paradossali.
Restano perciò una sfida alla ricerca di nuovi modelli concettuali di revisione del ragionamento scientifico precedente, che pur sembrando per molti aspetti logico, applicato rigorosamente, diviene irrazionale anche nei riguardi del senso comune.

Un evidente errore comune ai due paradossi della tartaruga ed Achille, così come in quello dei gemelli, consiste nel trattare entità quali lo spazio ed il tempo come assolute, e poi pensare di renderle relative tra loro.
Ogni entità, infatti per essere considerata assoluta, dovrebbe anche essere assolutamente distinta dalle altre e quindi non può poi essere relativizzata.

Questa semplice riflessione logica non basta per capire meglio il mistero del tempo: una sfida assai più importante e complessa emerge oggi nella scienza.
Cosa sia il tempo in relazione alla nascita ed all'evoluzione della vita è una questione ancora aperta alla creatività dei giovani capaci di applicarsi allo studio della scienza.

La luce visibile di color bianco proveniente dal Sole è composta dalla sovrapposizione di onde elettromagnetiche di diverse lunghezza d'onda che variano dalla radiazione che percepiamo come violetta, fino alla radiazione che ci appare rossa, passando per il blu, verde, giallo, arancio. Le particelle di polvere e le goccioline d'acqua presenti nell'atmosfera sono molto più grandi della lunghezza d'onda della luce visibile: in questo caso la luce viene riflessa in tutte le direzioni allo stesso modo, indipendentemente dalla propria lunghezza d'onda. Le molecole di gas hanno dimensioni inferiori e la luce si comporta diversamente a seconda della sua lunghezza d'onda. La luce rossa ha una lunghezza d'onda maggiore e tende a “scavalcare” le particelle più piccole senza “vederle”; questa luce, dunque, interagisce molto debolmente con l'atmosfera e prosegue la sua propagazione rettilinea lungo la direzione iniziale. Al contrario, la luce blu ha una lunghezza d'onda inferiore e si “accorge” della presenza delle molecole da cui è infatti riflessa in tutte le direzioni. Quindi, nell'attraversare l'atmosfera, la maggior parte della radiazione di maggior lunghezza d'onda prosegue la sua traiettoria rettilinea. La luce rossa, arancione e gialla viene influenzata solo in minima parte dalla presenza dell'aria. Al contrario, la luce blu è diffusa in tutte le direzioni. In qualunque direzione si osservi, parte di questa luce giunge ai nostri occhi. Il cielo, pertanto, appare blu.

Non possono essere staccate dalla coscienza piu di quanto lo possano i nostri concetti del colore, della forma e delle dimensioni. Lo spazio non ha una realtà obiettiva, salvo che come ordinamento o disposizione degli oggetti che noi distinguiamo in esso, e il tempo non ha un'esistenza indipendente se non per la successione degli avvenimenti con cui lo misuriamo.

Queste sottigliezze filosofiche esercitano una profonda influenza sulla scienza moderna. Perché con la riduzione di tutte le realtà obiettive ad un mondo labile, fatto di sole percezioni, gli scienziati si rendono conto dell'allarmante limitazione dei sensi dell'uomo. Chiunque abbia diretto un prisma di vetro verso un raggio di sole e visto i colori dell'arcobaleno, cioè dello spettro solare, rifratti su di uno schermo, ha osservato l'intera estensione della luce visibile. Perché l'occhio umano è sensibile solo alla stretta banda di radiazioni che si trova fra il violetto ed il rosso. Una differenza di pochi centomilionesimi di centimetro nella lunghezza d'onda crea per l'occhio umano la differenza fra visibilità e invisibilità. La lunghezza d'onda della luce violetta è di 0,00004 cm., e quella della luce rossa di 0,00007 cm.

Ma il sole emette anche altre specie di radiazioni. I raggi infrarossi, per esempio, i quali hanno una lunghezza d'onda che partendo da 0,00008 cm. arriva a 0,032 cm., sono un po' troppo lunghi per eccitare la retina fino a dare una sensazione luminosa, sebbene la pelle risenta il loro effetto sotto la forma di calore. In modo simile i raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda che va da 0,000001 cm. a 0,00003 cm. sono troppo corti perché l'occhio possa percepirli, ma possono impressionare le lastre fotografiche. Fotografie si possono anche eseguire con la « luce » dei raggi che hanno una lunghezza d'onda ancora piu breve di quella delle radiazioni ultraviolette. Esistono ancora altre onde elettromagnetiche di minore o maggiore frequenza: i raggi gamma del radium, le onde-radio, i raggi cosmici. Esse possono esser captate in vari modi e differiscono dalla luce solo nella lunghezza d'onda. È evidente, perciò, che I'occhio umano è incapace di scoprire la maggior parte delle « luci » nel mondo, e quanto I'uomo può comprendere della realtà esistente attorno a lui è deformato e indebolito dalle limitazioni del suo organo visivo. Il mondo gli apparirebbe molto diverso se i suoi occhi fossero sensibili, per esempio, ai raggi X.


Le lunghezze d'onda sono indicate sulla figura con potenze di dieci, cioè 10-3 cm. significa 10x10x10 = 1.000; e 10-3 significa 1/10x1/10x 1/10 = 1/1.000.

Avendo constatato che la nostra conoscenza delI'universo è semplicemente un residuo di impressioni oscurato dalla imperfezione dei nostri sensi, ci rendiamo conto di quanto sia senza speranza la ricerca della realtà. Se nulla esiste, salvo quanto si può percepire, il mondo dovrebbe necessariamente dissolversi in un'anarchia di percezioni individuali. Ma un ordine strano regola le nostre percezioni, come se veramente vi fosse un substrato di realtà obiettiva che i nostri sensi possono mettere insieme. Anche se nessuno di noi può sapere se la sua sensazione del colore rosso o di un dato tono sia la stessa di quella di un'altra persona, possiamo però agire presumendo che ognuno veda i colori e oda i suoni più o meno allo stesso modo.

Berkeley, Cartesio e Spinoza hanno attribuito a Dio questa armonia funzionale della natura. I fisici moderni, i quali preferiscono risolvere i loro problemi senza ricorrere a Dio - sebbene cro appaia sempre piu difficile opinano che la natura agisca misteriosamente sulla base di principi matematici. È la ortodossia matematica dell'universo che rende possibile ai teorici come Einstein di predire e di scoprire leggi naturali semplicemente risolvendo sistemi di equazioni. Ma il paradosso della fisica oggi sta in ciò: che, malgrado tutti i progressi fatti nelle scienze matematiche, I'abisso fra I'uomo osservatore e il mondo obiettivo della descrizione scientifica si fa sempre piu profondo.
Einstein completò quest'idea, enunciando una legge, la quale definisce con precisione un misterioso fenomeno conosciuto col nome di « effetto fotoelettrico ». I fisici non potevano spiegare il fatto sperimentale che una lastra di metallo, colpita da un raggio di pura luce violetta, emettesse uno sciame di elettroni. Se luce di piu bassa frequenza, per esempio gialla o rossa, cade sulla lastra, gli elettroni vengono ancora emessi, ma a velocità ridotte. La forza con la quale gli elettroni sono strappati dal metallo dipende quindi unicamente dal colore della luce e non dalla sua intensità. Se la sorgente di luce

Einstein completò quest'idea, enunciando una legge, la quale definisce con precisione un misterioso fenomeno conosciuto col nome di « effetto fotoelettrico ». I fisici non potevano spiegare il fatto sperimentale che una lastra di metallo, colpita da un raggio di pura luce violetta, emettesse uno sciame di elettroni. Se luce di piu bassa frequenza, per esempio gialla o rossa, cade sulla lastra, gli elettroni vengono ancora emessi, ma a velocità ridotte. La forza con la quale gli elettroni sono strappati dal metallo dipende quindi unicamente dal colore della luce e non dalla sua intensità. Se la sorgente di luce



fonte: http://www.italysoft.com

La strada verso la relatività

Se Copernico ha ragione, e se la Terra ruota a grande velocità, come mai non ce ne accorgiamo? Una obiezione non da poco, che fu risolta da Galilei con il principio di relatività.
Nel libro Dialogo sui massimi sistemi (1630) affermò che le leggi che descrivono il moto dei corpi restano sempre le stesse, sia che il sistema di riferimento sia in quiete, sia che si muova di moto uniforme (cioè sempre alla stessa velocità). Se ne deduce che non è possibile, facendo un esperimento del genere, stabilire se ci si trova in un sistema fisso o in un sistema mobile: ha solo senso parlare di moto relativo tra i due sistemi. Questo serviva a Galileo per dimostrare che, anche se la Terra (come avviene in realtà) si muove, ciò non influenza l'esito degli esperimenti. Gli avversari di Galileo ribatterono: "Se la Terra realmente si muovesse, facendo cadere una pietra da una torre, la pietra non cadrebbe esattamente giù, perché nel frattempo la Terra sotto la pietra dovrebbe essersi spostata". Galilei rispose così: "Se all'interno di una barca in movimento facciamo cadere una pietra, questa cadrà sulla barca esattamente in verticale rispetto al punto da cui la facciamo cadere". Insomma, la legge del moto dei corpi resta la stessa indipendentemente dal fatto che il sistema cui ci si riferisce sia in quiete o in movimento. Quindi non è possibile stabilire se ci si trova in un sistema in quiete o in un sistema che si muove con moto uniforme. Un sistema del genere viene detto "inerziale". Galileo Galilei aveva capito che non si può parlare di velocità assoluta di un corpo, ma solo di velocità relativa al sistema di riferimento. Questa teoria ha una sola eccezione: la velocità della luce.

Nel 1907 il fisico Albert Michelson divenne il primo americano a vincere il premio Nobel, per l' "esattezza delle sue misurazioni"; in seguito Einstein gli rese omaggio così: "Attraverso il suo meraviglioso lavoro sperimentale, lei ha preparato la strada allo sviluppo della teoria della relatività...". Che aveva fatto di tanto speciale? A partire dal 1887 aveva dimostrato, insieme con il collega Edward Morley, che la velocità della luce non cambia mai, è costante, anche se il raggio parte da un sistema che si muove rispetto a un altro, e che era uguale a 3*10⁸ m/s.

Le conseguenze non furono affatto banali, fino ad allora si pensava che le onde elettromagnetiche, e tra queste la luce, si propagassero nell'etere ad una velocità c=3*10⁸ m/s.
Ammessa l'esistenza di un sistema di riferimento S in cui la luce viaggia a c, e ritenute valide le trasformazioni di Galileo, in un sistema di riferimento S' in moto rispetto a S con velocità v, la luce dovrebbe avere una velocità diversa da c (c'=c±v).
Prima di Einstein si era convinti, infatti, che qualsiasi fenomeno ondulatorio potesse propagarsi solo in presenza di un mezzo più o meno tangibile, e proprio per questo fu ipotizzata l'esistenza dell'etere; lo stesso Maxwell ne aveva accettato la validità.In un punto fondamentale, però, le leggi della meccanica di Newton differiscono da quelle dell'elettromagnetismo di Maxwell: mentre le prime sono invarianti per una trasformazione galileiana le seconde non lo sono.
Fu un fisico olandese, Lorenz, a scoprire che le leggi di Maxwell erano invarianti non per le trasformazioni di Galileo, ma per le seguenti trasformazioni:

La situazione era molto confusa, si trattava infatti di mettere in crisi la fisica classica. Fu Albert Einstein, nel 1905 a porre fine al problema publicando "La teoria della relatività ristretta". Egli chiarì due postulati: (1) Le leggi della fisica sono le stesse in tutti i sistemi inerziali (2) La velocità della luce nel vuoto è c=3*108 m/s indipendentemente dal moto della sorgente e dell'osservatore. Tutto dipende dal punto di vista di chi guarda, se una persona percepisce due eventi come contemporanei, un'altra persona che si trova a una certa distanza può percepirli come accaduti in tempi diversi. Se ci trovassimo all'interno di una nuvola quando schiocca un fulmine, percepiremmo il lampo e il tuono nello stesso momento, mentre, trovandoci a terra, percepiamo il lampo prima del tuono poiché la luce viaggia a velocità maggiore del suono. Per Einstein, il tempo può essere definito da una contemporaneità di due fatti in uno stesso posto. Per mettere invece in relazione due fatti che accadono in posti diversi, bisogna sincronizzare due orologi collocati in questi due luoghi. Poiché la luce viaggia a una velocità elevatissima ma comunque limitata, per controllare gli orologi occorre calcolare il tempo necessario alla luce per giungere dall'uno all'altro orologio. Così, per definire il tempo entra in gioco la distanza. E poiché la luce si propaga a velocità costante, due fatti che appaiono contemporanei a un osservatore non appaiono contemporanei a un altro osservatore in moto rispetto al primo.

Da una parte l'invariabilità della velocità della luce, dall'altra il ruolo della distanza: accade infatti che due eventi contemporanei, per un osservatore che si trovi in una determinata posizione, possono essere percepiti come accaduti in tempi differenti a un altro osservatore che si trovi in una posizione diversa. Ciò perché l'informazione viaggia con la luce e impiega perciò un certo tempo per giungere a destinazione.
Ecco allora l'esempio del treno.

Per un osservatore posto a terra le radiazioni luminose, viaggiando con la stessa velocità finita in entrambe le direzioni, colpiscono prima una parete dell'altra. Per un osservatore posto sul treno invece i due eventi sono simultanei.

Con la rivoluzione culminata nella teoria della relatività ristretta, il tempo diventa un qualcosa di relativo dal momento che varia a seconda che l'osservatore stia fermo o si muova, e della velocità a cui si muove, in termini molto semplici si può dire: il tempo di una persona che corre rallenta, e rallenta tanto più marcatamente quanto più veloce essa corre. In realtà il fenomeno non è rilevabile nell'esperienza quotidiana; i progressi della tecnologia hanno comunque permesso di verificare questo rallentamento del tempo grazie a due superprecisi orologi atomici identici, posto l'uno a terra e l'altro a bordo di jet militari da oltre 3000 chilometri l'ora o di sonde spaziali. L'esperimento ha confermato l'ipotesi: l'orologio che aveva viaggiato era rimasto indietro rispetto all'altro.