Le origini della relatività speciale

Il lavoro presenta una rassegna dei punti essenziali della teoria della relatività speciale di Einstein, approfondendo le fasi precedenti alla sua formulazione ed accennando anche ad alcuni suoi aspetti che, specialmente lungo il corso dei primi decenni del secolo scorso, hanno suscitato interpretazioni controverse, riviste alla luce delle più recenti pubblicazioni nel settore. Dopo un'introduzione generale alla tesi, nella quale vengono presentati per sommi capi la materia e gli scopi dell'opera, nel primo capitolo si accenna ai presupposti storici ed epistemologici dell'articolo di Einstein del 1905. Vengono esposte le principali problematiche concettuali della fisica classica, così come presentatesi nel corso della storia: ad esempio, l'incompatibilità tra il principio galileiano di addizione delle velocità e la costanza della velocità di propagazione di un'onda elettromagnetica piana, ottenuta dalle equazioni di Maxwell. Sono citate anche alcune esperienze che usualmente vengono assunte come riconoscimento della teoria, tra le quali, come caso storico, quella di Michelson-Morley sulla rivelazione del “vento d'etere”, che suscita problematiche ancora attuali. Si accenna, infine, ai contributi dei vari studiosi sulla formulazione del pensiero del fisico tedesco, in particolare a quelli di H. Poincaré. Nel secondo capitolo, si passa ad esporre la formulazione dei due postulati sui quali si basa la teoria, seguendo il ragionamento dello stesso Einstein, corredato da alcune testimonianze estratte da appunti didattici e dalla lettura di conferenze da lui tenute. Un paragrafo importante viene dedicato al concetto della simultaneità e delle trasformazioni di Lorentz, alla luce di considerazioni epistemologiche (ad esempio, h. Reichenbach) e di considerazioni recenti e presenti in letteratura sul concetto di simultaneità, ove si evidenza come il ragionamento sulla simultaneità di Einstein vada considerato anche sotto ipotesi non balistiche di propagazione dei segnali luminosi, con correzioni opportune per l'effetto Doppler. Inoltre, si fa notare come le trasformazioni di Lorentz mutino di significato a seconda che le si consideri all'interno del paradigma della fisica classica (trasformazioni di Voigt), o di quello della fisica relativistica. Nel primo caso, si tratta della correlazione di due eventi distinti (fronti d'onda), nel secondo, del medesimo evento rappresentato da due sistemi di riferimento inerziali distinti. Il garante dell'unicità dell'evento, in relatività speciale, è l'invarianza dell'intervallo spazio-temporale, che mostreremo non potersi ricavare in modo chiaro solo dai due postulati di Einstein. Si tratta quindi di considerare esplicitamente all'interno della teoria le considerazioni sul rapporto di casualità nei diagrammi di Minkowski dello spazio-tempo. Sia che si parli di casualità assoluta (simultaneità metrica), di invarianza dell'intervallo, o di unicità dell'evento, si postula sempre una terza relazione tra gli eventi fisici (l'invarianza dell’intervallo relativistico) per giungere alle trasformazioni di Lorentz, nell'interpretazione relativistica. Non si potrà poi non dedicare una qualche attenzione alle conferme sperimentali della teoria, descritte storicamente e quantitativamente, nonché ad alcuni fraintendimenti concettuali suscitati, in alcuni casi (paradosso dei gemelli ed equivalenza massa-energia), da tali esperienze. Il terzo capitolo verte invece su alcune considerazioni epistemologiche alla teoria, evidenziando le posizioni “operazioniste” di P. W. Bridgman e “relazionali” di E. Cassirer. Si accennerà, inoltre, all'argomento, sempre centrale, della teoreticità dell'osservazione, nonché del dialogo tra fisica e metafisica, che influenza giocoforza i programmi di ricerca teorici e sperimentali. Dopo le conclusioni, segue una sezione appendice, che raccoglie alcune utili dimostrazioni correlate agli argomenti esposti, e la bibliografia finale, relativa a titoli di approfondimento e di ampliamento della materia trattata, sia fisici che filosofici. La bibliografia finale si limiterà a quelle questioni connesse agli argomenti da noi trattati o accennati all'interno del vastissimo scenario che, in oltre un secolo, si è delineato.