31 dicembre 2010

Breve storia del tempo (parte 2^) : Il tempo nella Relatività Ristretta

Il significato del tempo cambia radicalmente con la comparsa nel 1905 della teoria della Relatività Ristretta di A. Einstein.
Per tale teoria lo scorrere del tempo da ‘assoluto’, cioè con lo stesso ritmo per tutti gli osservatori, diventa ‘relativo’, dipendente dallo stato di moto degli osservatori. In breve, se io misuro il tempo che trascorre tra due eventi standomene comodamente seduto in poltrona a casa, esso non coinciderà con quello misurato da un osservatore che rispetto a me si muove di moto uniforme, cioè con velocità costante mentre sta ad esempio in un’astronave. Lui misurerà un intervallo di tempo più breve, cioè il suo orologio rallenterà la sua ‘corsa’ rispetto al mio. Ma non solo, anche gli atomi che compongono il suo corpo rallenteranno e così anche i suoi processi vitali, per cui invecchierà più lentamente rispetto a me. In pratica resterà più giovane ma durante il suo viaggio non si accorgerà di nulla perché  il tempo gli sembrerà scorrere normalmente.
E’ da dire però che questo fenomeno pur verificandosi per qualunque velocità relativa assume rilievo solo per velocità prossime a quelle della luce (che è di 300.000 km al secondo nel vuoto)!

Però sembrerebbe esistere un paradosso: anche chi è in movimento rispetto a me, proprio per la ‘relatività’ del moto, può considerarsi fermo e ritenere me, seduto nella poltrona, in moto rispetto a lui! E allora per lui dovrei essere io a misurare tempi più brevi, a rallentare il mio orologio e a rimanere più giovane! Questo è quello che viene chiamato ‘Paradosso dei Gemelli’. Ma niente paura, perché esso viene elegantemente risolto dalla teoria e al ritorno sarà comunque l’osservatore in astronave quello che sarà rimasto più giovane: infatti il discorso di  parità è vero fino a quando c’è un moto relativo con velocità costante, ma nel momento in cui l’osservatore in astronave per allontanarsi deve acquisire una certa velocità , perciò deve accelerare ma poi per tornare deve decelerare, fermarsi e invertire la velocità, siccome le accelerazioni sono ‘assolute’ e non relative, si crea una asimmetria che fa in modo che sia effettivamente l’osservatore in astronave quello che invecchia di meno!

Qualcuno potrà essere scettico sul fatto che lo scorrere del tempo di un osservatore sia influenzato dal suo stato di moto (e addirittura, come vedremo,  per la Relatività Generale,  anche dalla gravità)! Ma le tantissime verifiche sperimentali effettuate fanno ormai ritenere questo effetto come certo, assodato e incontestabile, al di là di ogni ragionevole dubbio.

La differente velocità di scorrimento del tempo per i due osservatori in moto relativo cosa comporta quindi? Una cosa molto sbalorditiva: se siamo dotati di velocità abbastanza grande possiamo viaggiare nel futuro! Infatti partendo, ad esempio, nel 2020, con una velocità prossima a quella della luce, potremmo tornare sulla terra nel 2030, cioè 10 anni dopo, mentre per noi saranno magari passati solo 2 anni! E l’effetto crescerebbe se aumentasse la velocità fino a quella massima raggiungibile: se potessimo addirittura muoverci alla velocità della luce ( ma questo per i corpi materiali non è possibile) il tempo per noi si fermerebbe del tutto. Potrebbero anche passare miliardi di anni nell'Universo mentre per noi trascorrerebbe appena un istante!

Ma non è finita qui. Uno dei capisaldi della R. R. dice che la velocità della luce misurata da qualunque osservatore ha lo stesso valore indipendentemente dal suo stato di moto. Quindi se sia io che sto fermo che l’osservatore in astronave misuriamo il tempo che la luce impiega per percorrere un tratto AB, siccome il tempo misurato dall’osservatore in astronave è più breve e siccome la velocità della luce sarà AB : t, allora il tratto A’B’ misurato da tale osservatore dovrà essere più corto del mio. Quindi non solo rallentano gli orologi ma si accorciano anche le distanze

E ancora, risulta relativo il concetto di simultaneità: infatti se due eventi, diciamo A e B, sono contemporanei per me che sto fermo, cioè avvengono nello stesso (mio) istante di tempo, non lo saranno per l’osservatore in moto, nel senso che per il suo orologio  A avviene prima e B accade dopo (o viceversa).

Questo comporta il fatto che se due eventi, diciamo A (ad esempio sulla terra) e B ( nella galassia di Andromeda), quindi molto distanti tra loro,  avvengono in un intervallo di tempo tanto breve che la luce partendo da dove accade A non fa in tempo ad arrivare dove accade B, allora l’ordine temporale tra A e B per i due osservatori, quello vicino ad A (sulla terra) e quello vicino a B (su Andromeda), può essere invertito, in parole povere A può avvenire prima di B per un osservatore, mentre B può avvenire prima di A per l’altro osservatore!

Come si vede vengono così scossi i concetti di passato e futuro, considerati 'inesistenti' nella fisica classica, in quanto dovendo esserci intercambiabilità tra A e B, si deve supporre che ambedue esistono già come eventi nel ‘presente’ dell’Universo.

La conclusione è che ‘passato’ e ‘futuro’ coesistono con il ‘presente’ formando il cosiddetto 'continuum' spazio-temporale!

(continua nella 3^ parte) ( continua a leggere altri post nella pagina principale)

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