Il principio di relatività galileiana è uno dei più importanti principi della fisica meccanica. Descritto da Galileo nel 1632 nel suo “Dialogo sopra i Due Massimi Sistemi”, afferma che: le leggi della meccanica sono le stesse in tutti i sistemi di rifermento inerziali, qualunque sia la velocità (costante) con cui essi si muovono gli uni rispetto agli altri.
L’esempio più comune che si è soliti fare per descrivere questo principio è quello di una barca che si muove a velocità costante e di una palla posizionata sul pavimento di questa. L’esperimento ha l’obiettivo di dimostrare come la velocità della palla cambi in relazione al sistema di riferimento utilizzato per analizzare la sua velocità.
Se ad esempio si prendesse come sistema di riferimento un sistema interno alla barca, ad esempio un uomo che si trova a bordo di essa, questo non sarebbe in grado di determinare se la barca sia in movimento o meno, ma vedrebbe solo la velocità della palla.
Se invece si decidesse di adottare un sistema di riferimento esterno all’imbarcazione, ipotizzando che questa volta l’uomo si trovi su un molo esterno ad essa, egli vedrebbe la velocità della palla uguale alla velocità di quest’ultima più quella della barca.
Anche la meccanica di Newton, successiva a quella di Galileo, si basa in parte sulle leggi e i principi del fisico pisano.
Invece Einstein, analizzando questo principio circa due secoli dopo rispetto a Newton, verrà colto da un problema. Infatti il principio di relatività galileiana presenta dei limiti: non vale per i corpi che si muovono a velocità superiori a quelle della luce.
Il valore della velocità della luce nel vuoto è di 299.792 km/s ed è una costante fisica, che rappresenta anche la massima velocità a cui qualsiasi informazione nell’universo può viaggiare. Viene solitamente denotata con la lettera “c”, che anche il modo in cui Einstein la indica nella sua famosa formula: ” E = mc 2 “.
La relazione tra la velocità della luce e il principio di relatività galileiana si trova apportando una modifica all’esempio della barca descritto precedentemente. La modifica consiste nel prendere come soggetto dell’esperimento sempre un uomo a bordo della barca, ma questa volta con uno specchio mano. In questo caso ciò che si vuole analizzare è la velocità risultante del raggio di luce, riflesso dallo specchio, dal punto di vista dell’osservatore posto sul molo. Il problema che si pone in questo nuovo contesto dipende dal fatto che la velocità risultante non corrisponde più alla somma della velocità della barca più quella della luce, come dovrebbe accadere secondo il principio della relatività di Galileo, ma bensì esclusivamente alla velocità della luce.
Come si può osservare, in questo caso, non si verifica la relatività galileiana; infatti anche se aumentassimo la velocità della barca, la velocità risultante del raggio di luce corrisponderebbe sempre ed esclusivamente alla velocità della luce stessa; il motivo di questo fenomeno risiede nella particolare caratteristica posseduta dalla luce di assumere la massima velocità a cui qualsiasi corpo possa viaggiare; inoltre questa velocità non può nemmeno essere superata.
Ciò sembra incredibile dato che, considerando anche le nostre esperienze quotidiane, sappiamo che se a un corpo viene applicata una forza la sua velocità non potrà che aumentare. Nel nostro particolare caso, infatti, la velocità del corpo aumenta, ma fino a che non raggiunge un valore molto vicino a 299. 792 km/s, oltre il quale non riesce ad andare.
Un modo per spiegare questo strano evento è quello di fare ricorso alla celebre formula elaborata da Einstein per il calcolo delle energia:
“E = mc2 “‘
Nella formula “E” corrisponde all’energia di un corpo qualsiasi,”m” alla sua massa e “c” alla velocità della luce.
Come si può notare massa e energia in questa formula sono grandezze direttamente proporzionali che possono trasformarsi l’una nell’altra .
Infatti è questo ciò che accade quando imprimiamo energia ad un corpo: quest’ultima va ad aumentare in parte la massa del corpo. Quindi man mano che aumentiamo la velocità, aumenterà sempre di più anche l’energia impiegata per far si che l’incremento di velocità avvenga; di conseguenza sempre più energia si trasformerà in massa.
In conclusione raggiungendo valori prossimi a quelli della velocità della luce, il corpo diventerà sempre più massiccio e non riuscirà mai ad aumentare la sua velocità in modo da superare quella della luce. Infatti l’aumento dell’energia applicata avrebbe come unica conseguenza quella di aumentare la massa del corpo, lasciando praticamente inalterata la sua velocità.
È questo il motivo per cui la velocità della luce non può essere mai raggiunta, ma si possono raggiungere solo valori prossimi ad essa.