Il Principio di Equivalenza

Abbiamo sottolineato come in un riferimento in volo libero non si avverta il peso. Questo lo sapeva anche Newton, per il quale in una caduta libera ogni esperimento sul moto avviene come se la gravità non ci fosse. Einstein si spinge più avanti; arguisce che non solo gli esperimenti sul moto ma qualsiasi esperimento fisico debba avere gli stessi esiti che in ogni altro riferimento inerziale. Anche quelli condotti con la luce, per esempio.

Questo è un passo analogo a quello che fece sottolineando che il principio di relatività galileiano deve essere considerato valido per tutti i fenomeni fisici. Ora l'idea è questa: un ascensore in caduta libera è equivalente in tutto e per tutto a un riferimento inerziale: tu entra nell'ascensore, fai tagliare il cavo, e vedrai che ti dimentichi che la gravità esiste (e non solo :-)).

Fig. 1: Il cosmologo Stephen Hawking cade liberamente in un campo gravitazionale.
Fig. 2: Cadere liberamente in un campo gravitazionale equivale a sperimentare l'assenza di gratività, come se ci si trovasse a fluttuare nello spazio profondo.

Questo può anche non piacere, e come abbiamo accennato implica delle conseguenze notevoli, ma sono gli esperimenti a decidere. Ricordi quali sono gli esperimenti chiave, che confermano la teoria?

Ricapitolando, se così stanno le cose, ecco cosa si può affermare:

Non c'è alcuna differenza tra un sistema di riferimento accelerato e un campo gravitazionale (Principio di Equivalenza).

Ciò significa anche che una forza apparente è equiparabile alla gravità e viceversa. Pensateci bene: l'ambiente in figura 3b NON è un riferimento inerziale, in quanto è un riferimento accelerato. Come si può essere sicuri di NON essere invece immersi in un campo gravitazionale come nella figura 3a? Se è valido il PE non si può. Dunque un sistema di riferimento dove è presente un campo gravitazionale NON è inerziale.

Fig. 3: Un campo gravitazionale è equivalente a un'accelerazione.

Riconsiderate ora la vecchia questione: la Terra è un sistema di riferimento inerziale? No! E non perchè ruota intorno al Sole (e tra l'altro abbiamo stradetto che noi non ne avvertiamo il campo), e nemmeno per via della rotazione diurna (che può essere trascurata per piccoli intervalli di tempo e di spazio), ma a causa della presenza della gravità, che non può essere distinta da una forza apparente come quella che si sperimenta in un sistema accelerato.