Trasformazioni di Lorentz
Introduzione
In fisica, le trasformazioni di Lorentz (dette anche di Lorentz-Fitzgerald), per la prima volta introdotte in fisica teorica nel 1904, sono delle leggi di trasformazione della distanza e del tempo, che esprimono, in due sistemi di riferimento inerziali, il cambiamento delle coordinate spazio-temporali in base al loro moto. Comprendono le trasformazioni di Galileo (presenti in meccanica classica) e sono alla base della nota Teoria della Relatività Ristretta di Einstein. Queste trasformazioni, sia sugli assi spaziali sia su quello temporale (considerato una "quarta dimensione"), generano, tra due sistemi di riferimento, cambiamenti di distanze e di tempo trascorso a seconda che il sistema di riferimento scelto sia in moto o in quiete. In particolare, generano dei cambiamenti che avvengono in un sistema che viaggia in un moto ad una velocità prossima a quella della luce, detta c (c≃300000 km/s). Questi cambiamenti sono detti dilatazione temporale e contrazione delle lunghezze.
Dilazione temporale
Causa della dilatazione temporale, per un sistema che, rispetto ad un sistema in quiete (fermo), viaggia in moto rettilineo uniforme ad una velocità quasi pari a quella della luce (es. v= 0,8c ovvero 0,8 volte la velocità della luce), il tempo risulta "dilatato", ovvero scorre più lentamente, quindi, per l'accadere di uno stesso evento nei due sistemi sarà necessario un trascorrere del tempo minore nel sistema in moto rispetto a quello nel sistema in quiete (ad esempio, in un esempio puramente teorico, se per accedere un telefono da fermo sarebbero necessari 10 secondi, nel farlo in un sistema che viaggia ad una velocità quasi pari a quella della luce sarebbero necessari 6 secondi, perché il tempo scorrerebbe più lentamente). Questo rende sbagliato il concetto di "tempo assoluto", e introduce per la prima volta la nozione di "tempo relativo", in quanto anche esso varia in base al sistema di riferimento.
Contrazione delle lunghezze
A causa della contrazione delle lunghezze, in un sistema in moto rettilineo uniforme ad una velocità prossima a quella della luce (ad esempio v= 0,8c) rispetto ad un sistema in quiete (fermo), le distanze percorse risultano maggiori. Allora perché vengono dette contrazioni?Questo perché, per un osservatore all'interno del sistema in moto, che quindi viaggia anche lui alla stessa velocità (prossima a quella della luce) il sistema in questione risulta fermo, in quanto l'osservatore si muove con esso, mentre, dato che il sistema di sta allontanando dal sistema in quiete ad una velocità quasi pari alla velocità della luce in una certa direzione, per quell'osservatore il sistema in quiete si sta in realtà allontanando da lui a quella velocità, e quindi "i ruoli risultano invertiti", quindi, (sempre in un esempio puramente teorico) per l'osservatore, un'asta sarà lunga 5 metri nel suo sistema, mentre la stessa asta, nel sistema in quiete (che si sta quindi allontanando da lui ad una velocità prossima a quella della luce), risulterà lunga 3 metri, risultando quindi "contratta". Pertanto, a causa della dilatazione temporale, in un sistema in moto ad una velocità prossima a quella della luce il tempo trascorso risulterà minore (dunque "dilatato", nel senso che trascorre più lentamente) rispetto a quello trascorso in un sistema in quiete (da qui il famoso paradosso dei gemelli), mentre a causa della contrazione delle lunghezze, in un sistema in moto ad una velocità prossima a quella della luce le distanze percorse risulteranno "contratte", ovvero minori rispetto a quelle che dovrebbero essere secondo il sistema in moto. Allora perché non notiamo queste trasformazioni nei nostri movimenti? Questo perché, nella vita di tutti i giorni, noi viaggiamo a velocità molto piccole rispetto a quella della luce, e quindi queste trasformazioni non le notiamo, in quanto generano, per via della nostra bassa velocità, cambiamenti impercettibili, che vengono spiegati invece dalle trasformazioni di Galileo (che funzionano a velocità basse), che sono un caso particolare delle trasformazioni di Lorentz, ma che in realtà sono alla base della meccanica classica.