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Albert Einstein
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Il secondo studio, sull'interpretazione
dell'effetto fotoelettrico, conteneva un'ipotesi rivoluzionaria sulla natura
della luce; egli affermò che in determinate circostanze la radiazione
elettromagnetica ha natura corpuscolare, ipotizzando che l'energia trasportata
da ogni particella che costituiva il raggio luminoso, denominata fotone,
fosse proporzionale alla frequenza della radiazione, secondo la formula
E = hu, dove E rappresenta l'energia della radiazione, h è una costante
universale nota come costante di Planck (vedi Max
Planck), e u è la frequenza. Questa affermazione, in base
alla quale l'energia contenuta in un fascio luminoso viene trasferita in
unità individuali o quanti, dieci anni dopo fu confermata sperimentalmente
da Robert Andrews Millikan.
La teoria della relatività
ristretta
Il terzo e più importante
studio del 1905, dal titolo Elettrodinamica dei corpi in movimento, conteneva
la prima esposizione completa della teoria della relatività ristretta,
frutto di un lungo e attento studio della meccanica classica di Isaac Newton,
delle modalità dell'interazione fra radiazione e materia, e delle
caratteristiche dei fenomeni fisici osservati in sistemi in moto relativo
l'uno rispetto all'altro.
La base della teoria della
relatività ristretta, che comporta la crisi del concetto di contemporaneità,
risiede su due postulati fondamentali: il principio della relatività,
che afferma che le leggi fisiche hanno la stessa forma in tutti i sistemi
di riferimento inerziale, ossia in moto rettilineo uniforme l'uno rispetto
all'altro, estendendo il precedente principio di relatività galileiano,
e il principio di invarianza della velocità della luce, secondo
cui la velocità di propagazione della radiazione elettromagnetica
nel vuoto è una costante universale, che sostituisce il concetto
newtoniano di tempo assoluto.
Critiche alla teoria di
Einstein
La teoria della relatività
ristretta non fu immediatamente accolta dalla comunità scientifica.
Il punto d'attrito risiedeva nelle convinzioni epistemologiche di Einstein
in merito alla natura delle teorie scientifiche e sul rapporto tra esperimento
e teoria. Sebbene affermasse che l'unica fonte di conoscenza è l'esperienza,
egli era anche convinto che le teorie scientifiche fossero libera creazione
dell'uomo e che le premesse sulle quali esse sono fondate non potessero
essere derivate in modo logico dalla sperimentazione. Una "buona" teoria,
per Einstein, è una teoria nella quale è richiesto un numero
minimo di postulati per ogni dimostrazione.
Il valore dell'attività
scientifica di Einstein venne comunque riconosciuto e nel 1909 lo scienziato
ricevette il primo incarico di docenza presso l'Università di Zurigo.
Nel 1911 si trasferì all'università tedesca di Praga e l'anno
successivo tornò al Politecnico di Zurigo. Nel 1913 assunse la direzione
del Kaiser Wilhelm Institut di Berlino.
La teoria della relatività
generale
A partire dal 1907, anno
in cui fu pubblicata la memoria contenente la celebre equazione che afferma
l'equivalenza fra massa ed energia, Einstein iniziò a lavorare a
una teoria più generale, che potesse essere estesa ai sistemi non
inerziali, cioè in moto accelerato l'uno rispetto all'altro. Il
primo passo fu l'enunciazione del principio di equivalenza, in base al
quale il campo gravitazionale è equivalente a una accelerazione
costante che si manifesti nel sistema di coordinate, e pertanto indistinguibile
da essa, anche sul piano teorico. In altre parole, un gruppo di persone
che si trovino su un ascensore in moto accelerato verso l'alto non possono,
per principio, distinguere se la forza che avvertono è dovuta alla
gravitazione o all'accelerazione costante dell'ascensore. La teoria della
relatività generale venne pubblicata nel 1916, nell'opera intitolata
I fondamenti della relatività generale. In essa le interazioni dei
corpi, che prima di allora erano state descritte in termini di forze gravitazionali,
vengono spiegate come l'azione e la perturbazione esercitata dai corpi
sulla geometria dello spazio-tempo, uno spazio quadridimensionale che oltre
alle tre dimensioni dello spazio euclideo prevede una coordinata temporale.
Einstein, alla luce della
sua teoria generale, fornì la spiegazione delle variazioni del moto
orbitale dei pianeti, dando conto in modo soddisfacente del moto di precessione
del perielio di Mercurio, fenomeno fino ad allora non pienamente compreso,
e previde che i raggi luminosi emessi dalle stelle si incurvassero in prossimità
di un corpo di massa elevata quale, ad esempio, il Sole. La conferma osservativa
di quest'ultimo fenomeno, realizzata in occasione dell'eclissi solare del
1919, fu un evento di enorme rilevanza.
Per il resto della sua vita
Einstein si dedicò alla ricerca di un'ulteriore generalizzazione
della teoria in una teoria dei campi che fornisse una descrizione unitaria
per i diversi tipi di interazioni che governano i fenomeni fisici, incluse
le interazioni elettromagnetiche, e le interazioni nucleari deboli e forti.
Tra il 1915 e il 1930 si
stava sviluppando la teoria quantistica, che presentava come concetti fondamentali
il dualismo onda-particella, postulato da Einstein fin dal 1905, nonché
il principio di indeterminazione di Heisenberg, che fornisce un limite
intrinseco alla precisione di un processo di misurazione. Einstein mosse
diverse e significative critiche alla nuova teoria e partecipò attivamente
al lungo e tuttora aperto dibattito sulla sua completezza. Commentando
l'impostazione intrinsecamente probabilistica della meccanica quantistica,
egli affermò che "Dio non gioca a dadi con il mondo".
Cittadino del mondo
Dopo il 1919 Einstein divenne
famoso a livello internazionale; ricevette riconoscimenti e premi, tra
i quali il premio Nobel per la fisica, che gli fu assegnato nel 1921. Lo
scienziato approfittò della fama acquisita per ribadire le sue opinioni
pacifiste in campo politico e sociale.
Durante la prima guerra
mondiale fu tra i pochi accademici tedeschi a criticare pubblicamente il
coinvolgimento della Germania nella guerra. Tale presa di posizione lo
rese vittima di gravi attacchi da parte di gruppi di destra; persino le
sue teorie scientifiche vennero messe in ridicolo, in particolare la teoria
della relatività.
Con l'avvento al potere
di Hitler,
Einstein fu costretto a emigrare negli Stati Uniti, dove gli venne offerta
una cattedra presso l'Institute for Advanced Study di Princeton, nel New
Jersey. Di fronte alla minaccia rappresentata dal regime nazista egli rinunciò
alle posizioni pacifiste e nel 1939 scrisse assieme a molti altri fisici
una famosa lettera indirizzata al presidente Roosevelt, nella quale veniva
sottolineata la possibilità di realizzare una bomba atomica. La
lettera segnò l'inizio dei piani per la costruzione dell'arma nucleare.
Al termine della seconda
guerra mondiale, Einstein si impegnò attivamente nella causa per
il disarmo internazionale e più volte ribadì la necessità
che gli intellettuali di ogni paese dovessero essere disposti a tutti i
sacrifici necessari per preservare la libertà politica e per impiegare
le conoscenze scientifiche a scopi pacifici.
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