Relatività Speciale, Contrazione Lunghezze e Dilatazione Tempo!

 Benvenuti e benvenuti in nuovo post di AstroNEWs!

Oggi parleremo di relatività speciale, dilatazione del tempo e contrazione delle lunghezze.

Durante il Settecento si aveva una concezione del tempo molto diversa da quella di oggi.

La convinzione era quella che il tempo fosse universale, e che la sua velocità non cambiasse da luogo a luogo. Voi direste: “tutto normale”, come avrebbero detto tutti all’epoca. Questa teoria era stata elaborata dal padre della fisica moderna, Isaac Newton, che, dopo aver pubblicato la teoria della gravitazione universale, aveva affermato che il tempo era uguale per tutti. 

Il tempo era visto come una moneta che cade da un grattacielo, non si può fare nulla per

fermarla o per addirittura invertire il suo verso di movimento.

Ultimamente, però il concetto del tempo aveva creato molte complicazioni, e non sto parlando di battibecchi tra fisici o di un equazione che non portava, ma di veri problemi nella vita di tutti i giorni. Ad esempio la rete ferroviaria era piena di incidenti tra treni che  finivano per scontrarsi per via della disorganizzazione degli orari di partenza provocando danni enormi.

Per trovare la nostra risposta dobbiamo andare avanti di qualche decennio: siamo nel 1902.

Un fisico alle prime armi, di nome Albert Einstein trova lavoro all’ufficio Brevetti di Berna.

Qua ha l’occasione di studiare i più complessi meccanismi per la misura del tempo ideati dai più grandi fisici dell’epoca. E’ proprio ispirandosi a questi sistemi che arriva ad una conclusione geniale e rivoluzionaria. 

Il tempo è un ticchettio universale, indifferente per ogni persona e luogo.

Questa è la convinzione che tutti avevano del tempo, e che forse anche qualcuno ancora oggi ha, formulata da Newton.

Albert Einstein la smentì lasciando tutti i fisici dell’epoca sconvolti con la relatività speciale (1905).

La sua idea era quella che il tempo dipendesse da molti fattori e che scorresse a diverse velocità anche da persona a persona. 

Il concetto di istante era completamente sbagliato

Per comprenderlo meglio possiamo utilizzare un esempio, cosiddetto esperimento dei gemelli.

Ipotizziamo Tic e Tac, due gemelli nati allo stesso momento, e quindi con la stessa età. Tic parte per un viaggio con un'astronave con v=c circa, mentre Tac rimane fermo sulla Terra. Alla fine di questo viaggio Tic è più giovane rispetto a Tac perché si muoveva a velocità maggiori rispetto a Tac, che stava fermo. Questa è la teoria della relatività ristretta o speciale che prevede che il tempo è influenzato dallo spazio. Secondo questa teoria maggiore è la nostra velocità nello spazio, minore è la velocità delle lancette del “nostro orologio” e viceversa. Questo esperimento è stato effettuato con al posto di due gemelli due orologi atomici sincronizzati tra loro e il risultato è stato lo stesso (certo, con al posto di anni millesimi di secondi di differenza).

Questi concetti in fisica sono chiamati dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze.

In pratica se consideriamo un segmento lungo 1 m, un sistema di riferimento fermo lo percepirà di 1 m, mentre un sistema di riferimento in movimento lo percepirà più corto.

Questo concetto smentisce anche l’idea che ci debba essere una versione di misura giusta di qualsiasi grandezza, proprio perché dipende da che condizioni l’osservatore la misura.

Lo stesso vale per la dilatazione dei tempi, che è correlata alla velocità nello spazio. Un medesimo evento può avere differenti durate. Un sistema in quiete vedrà la durata dell’evento minore rispetto ad un sistema di riferimento in moto.

Possiamo capirlo con un esempio. 

Tic è dentro ad un treno che si muove in moto rettilineo uniforme, mentre Tac è in una panchina di una stazione ferroviaria. Se Tic fa rimbalzare una palla da basket dentro il treno, per lui l’evento (la palla che ritorna nella sua mano) avrà una durata di circa 2 secondi.

Dal punto di vista di Tac, che non è nello stesso  sistema di riferimento della palla, ma è in quiete, la palla impiegherà più tempo per fare un rimbalzo.

Questo perché il pallone, per Tac, oltre che muoversi in altezza, dovrà spostarsi anche in lunghezza, visto che il treno si sta muovendo nel frattempo. 

Questo implica che esistono più sistemi di riferimento per misurare un fenomeno.

Quello che misura la durata minore e che quindi è nel sistema del fenomeno viene detto 

tempo proprio, mentre tutti gli altri punti di vista misurano una maggiore durata rispetto al sistema proprio (per visualizzare l'esempio è possibile guardare l'immagine in alto sostituendo il raggio di luce con la palla).  

Io sono libero nei commenti per domande consigli o dubbi, quindi non esitate a commentare.

Al prossimo video da Leonardo!