Un po' di storia
Il lavoro di Galileo sulla gravità terrestre, le leggi del movimento planetario di Keplero e il fenomeno delle maree furono tutti spiegati qualitativamente da una singola legge della gravitazione universale. La scienza moderna comincia con l'assunto che le leggi della fisica abbiano la stessa forma rispetto a qualunque sistema di riferimento si adotti nel quale valga il principio di inerzia. Questo è chiamato principio di relatività galileiano, tuttora valido.
H.C. Oersted scoprì una connessione tra elettricità e magnetismo, attivando decenni di lavoro che culminarono nella teoria dell'elettromagnetismo di J.C. Maxwell: divenne evidente che molte forze comuni risultavano da interazioni elettriche tra le più piccole particelle della materia.
La teoria della relatività ristretta parte dall'assunto che se la velocità della luce è una costante allora il tempo e lo spazio sono delle variabili. Il tempo e lo spazio sono legati insieme a formare quello che viene chiamato spaziotempo. Quando ci si muove rispetto ad un sistema di riferimento il tempo rallenta e la massa aumenta in maniera crescente man mano che ci si avvicina alla velocità della luce. Da qui si deduce il motivo per cui la teoria della relatività ristretta dice che non è possibile superare, o anche solo raggiungere, la velocità della luce; il tempo si fermerebbe e la massa diventerebbe infinita.
Il fondamento della relatività generale è l'assunto, noto come principio di equivalenza, che un'accelerazione sia indistinguibile localmente dagli effetti di un campo gravitazionale, e dunque che la massa inerziale sia uguale alla massa gravitazionale. Nonostante abbia dei limiti, in quanto considera continui la materia e lo spaziotempo e tralascia la meccanica quantistica, resta una delle teorie più precise mai verificate sperimentalmente.
Si può capire come massa ed energia si equivalgano e come esse siano due facce della stessa medaglia. In sostanza la massa è una forma di energia estremamente concentrata: essa scompare quando compare energia e viceversa. In particolare se un corpo assorbe una quantità di energia, la sua massa non si conserva ma aumenta della quantità E/c²; viceversa la massa del corpo diminuisce se perde energia, per esempio emettendo luce. L'enorme fattore di conversione (c²) che lega la massa e l'energia spiega come concentrando un grosso quantitativo di energia (= m c²) si possa creare una piccola quantità di massa, e anche come partendo da una piccolissima massa (= E / c²) si possa ottenere un grandissimo quantitativo di energia. Se fosse possibile convertire per intero la massa in energia, i problemi energetici che oggi fanno tanto discutere sarebbero senza alcun dubbio risolti. Il fenomeno della completa e immediata conversione della materia in energia potrebbe verificarsi soltanto nel caso in cui la materia entrasse in contatto con l’antimateria.
Da sottolineare che l’equazione di Einstein è valida ed è stata costantemente verificata.
La ricerca di tale teoria fu interrotta dalla scoperta delle forze nucleari forte e debole, che non potevano essere incluse né nella gravità né nell'elettromagnetismo. Una Teoria del Tutto dovrebbe unificare tutte le interazioni fondamentali della natura, solitamente considerate quattro: gravità, forza nucleare forte, forza nucleare debole e forza elettromagnetica. In aggiunta alle quattro forze citate, la cosmologia moderna potrebbe richiedere forze inflazionarie (come l'energia oscura e la materia oscura), non ancora provate.
Alla fine degli anni 20, la nuova meccanica quantistica (Max Planck) mostrò che i legami chimici tra gli atomi erano esempi di forze elettriche (quantistiche). Una caratteristica fondamentale della meccanica quantistica risiede, nel suo essere statistica; è una teoria non-deterministica che non predice con certezza assoluta le dinamiche di evoluzione del sistema che esamina. Al contrario, essa esprime solo la probabilità con cui una certa configurazione potrebbe presentarsi.
[nella foto: negativo della lastra di Sir A. Eddington raffigurante un eclisse solare utilizzata per mettere alla prova la previsione di deviazione gravitazionale della luce]
