Sui paradossi della relatività

In questa serie di quattro articoli tratteremo del modo corretto di interpretare la relatività ristretta e di due paradossi che sono citati spesso come esempio del fatto che la relatività ristretta fa delle previsioni apparentemente incoerenti.

Il primo di questi paradossi riguarda lo spazio ed è il cosiddetto paradosso dello sciatore (noto anche come paradosso del garage e della macchina) e si formula generalmente nel seguente modo: si supponga una buca circolare di una certa larghezza l e degli sci di lunghezza l. Nel sistema di riferimento della buca gli sci dello sciatore, che si avvicina con moto inerziale a velocità prossima a quella della luce, subiscono una contrazione di Lorentz nel senso della lunghezza pari a tale da renderli più piccoli di l: lo sciatore deve pertanto cadere nella buca. Nel sistema di riferimento dello sciatore invece è la buca che si contrae dello stesso fattore, pertanto lo sciatore può passare senza cadere. Il paradosso consiste nel fatto che entrambe le descrizioni sono assolutamente corrette secondo la teoria della relatività, ma un effetto fisico (la caduta dello sciatore) non può dipendere dal sistema di riferimento inerziale scelto.


Il secondo paradosso riguarda il tempo ed è il cosiddetto paradosso dei gemelli, che in linea generale si formula nel seguente modo. Siano dati due gemelli: uno di questi resta sulla Terra (supposto ai fini di questo paradosso un riferimento inerziale in quiete) mentre l'altro parte su un'astronave che viaggia di moto inerziale a velocità prossima a c. Ognuno dei due gemelli vede scorrere il tempo proprio più lentamente di un fattore rispetto all'altro a causa della simmetria dell'effetto di dilatazione dei tempi, ed il paradosso consiste nel fatto che se il gemello in viaggio compara il proprio tempo con quello dell'altro gemello (ritornando sulla terra), ognuno dovrebbe vedere l'altro più vecchio di sé stesso, cosa naturalmente impossibile.

Il primo punto da affrontare è quello di comprendere se questi fenomeni relativistici sono fenomeni "fisici" o "fisici" nel senso che andremo a discutere adesso. Il punto è capire se questi abbiano una base fisica che li causano, se si tratta quindi di modificazioni delle interazioni elettromagnetiche o meccaniche dei corpi (in questo senso si parla di spiegazione causale), o se si tratti piuttosto di effetti che possono essere spiegati facendo ricorso alla sola struttura geometrica dello spaziotempo di Minkowski senza avere necessariamente una origine causale fisica (e in questo senso si parla di spiegazione strutturale). Attualmente, l'interpretazione causale è pressocché abbandonata perché non è effettivamente possibile trovare alcun meccanismo fisico che possa spiegare la contrazione di un corpo rigido o il rallentare del trascorrere del tempo (e di conseguenza anche di tutti i processi fisici e biologici associati) e si propende piuttosto per una spiegazione strutturale di questi effetti, che a parere dell'autore è l'unica corretta. L'approccio causale riemerge però implicitamente nel momento in cui si cerca di interpretare i paradossi relativistici in termini di causa-effetto fisico. Il classico esempio di questo tentativo è quando ci si chiede nel caso dello sciatore come sia possibile che uno sci lungo l' possa materialmente cadere in una buca l<l'. Si vedrà che questo approccio è quello sbagliato, mentre una spiegazione strutturale permette semplicemente di far sparire il paradosso stesso e mette in evidenza che il problema implicito di questo tentativo di interpretazione è il considerare simultanei eventi relativistici che in realtà non lo sono.

Prima di discutere dei due paradossi, la settimana prossima ci occuperemo brevemente di questo approccio strutturale alla relatività.

Leggi la prossima puntata...

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fonti:

• "Filosofia della fisica", G. Boniolo, Bruno Mondadori Editore, 1997
• L'articolo di Elio Fabri (Dipartimento di Fisica dell'università di Pisa)