Albert Einstein è uno dei fisici più famosi del XX secolo. Tuttavia, oltre alle incredibili teorie che descrivono il mondo su larga scala con incredibile accuratezza, ha rivelato un fenomeno curioso: più forte è la gravità, più il tempo passa.
Einstein chiamò la sua prima teoria nota al mondo intero la teoria della relatività speciale. Era speciale perché si trattava di velocità costanti. Per riconciliarlo con il mondo reale, in cui gli oggetti accelerano e decelerano costantemente, aveva bisogno di indagare sulle implicazioni della sua teoria quando si trattava di accelerazione. Questo tentativo di generalizzare e tenere conto di tutti i fenomeni generali ha portato alla scoperta della relazione tra tempo e gravità. Einstein ha chiamato la sua nuova teoria Relatività generale.
Newton credeva che il flusso del tempo fosse come una freccia. Si muove costantemente solo in una direzione: in avanti. Einstein ha suggerito che il tempo cambia in proporzione inversa alla velocità. E per la sua fluidità, come lo spazio, "meritava" una propria misurazione. Inoltre, Einstein sosteneva che lo spazio e il tempo sono un tutt'uno: un tessuto flessibile quadridimensionale su cui si svolgono tutti gli eventi nell'Universo. È così che lo chiamava: il tessuto dello spazio-tempo. Quando il fisico ha pubblicato il suo lavoro con tutte le sue conclusioni, è stata accolta con incredulità.
Secondo la Relatività Generale, la materia allunga e contrae il tessuto dello spaziotempo. Si scopre che gli oggetti non sono attratti dal centro della Terra in qualche modo misterioso, ma piuttosto, al contrario, sono spinti dallo spazio curvo che li circonda. Come una pendenza, la curvatura dello spaziotempo accelera gli oggetti che si muovono verso il basso, sebbene la velocità di questa accelerazione non sia sempre la stessa. La forza di gravità aumenta man mano che ci si avvicina alla superficie della Terra, dove la curvatura è più intensa.
La storia dell'universo sulla freccia del tempo.
Se la forza di gravità aumenta man mano che si sposta verso il basso, l'oggetto cadrà liberamente nel punto B sulla superficie più velocemente rispetto al punto A a un'altitudine maggiore. Secondo la Teoria della Relatività Speciale, il tempo per un oggetto in caduta libera nel punto B dovrebbe rallentare rispetto all'oggetto nel punto A a causa del fatto che la velocità dell'oggetto nel punto B è maggiore.
Che ora è
Video promozionale:
Che ora è corretta? Einstein postulò che non esiste un tempo assoluto. Il tempo è relativo a seconda del sistema di forze a cui è sottoposto. Questo è formalmente chiamato un quadro di riferimento. Il tempo che passa nel tuo sistema è chiamato il tuo tempo. Se le leggi del moto devono essere le stesse per tutti gli osservatori, indipendentemente dal loro movimento, il tempo deve rallentare. Cioè, più velocemente ti muovi, più lentamente il tuo orologio ticchetta rispetto ad altri orologi. Questo è ciò che l'eroina Anne Hathaway ha detto al personaggio Matthew McConaughey in "Interstellar" dopo la discesa su un pianeta lontano: "Un'ora su questo pianeta è uguale a sette anni terrestri".
Quindi, l'osservazione del tempo rallentato è una limitazione del nostro primitivo trucco neurologico, o il tempo sta davvero rallentando? E cosa significa effettivamente dilatazione del tempo? Alla fine, questo ci porta alla domanda: che cos'è il tempo? Questa non è solo una domanda che gli studenti di filosofia si fanno l'un l'altro davanti a un bicchiere di birra. Il concetto di tempo ha lasciato perplessi filosofi e fisici naturali da tempo immemorabile.
La funzione principale del tempo è tenere traccia della cronologia degli eventi. Tuttavia, fino agli ultimi 400 anni, le persone hanno determinato il tempo basandosi sull'ipotesi che le stelle si muovano intorno alla Terra e non viceversa. Indipendentemente da ciò, tutto ha funzionato abbastanza bene in una certa misura, a causa del fatto che i giorni e le stagioni si ripetevano in modo prevedibile e quando hai qualcosa che si ripete in modo prevedibile, allora c'è un meccanismo per tenere traccia del tempo.
Galileo ha utilizzato la natura ricorsiva di tale meccanismo per calcolare il movimento. La descrizione del movimento sarebbe impossibile senza una designazione del tempo. Ma questa volta non è mai stato assoluto. Anche quando Newton formulò le sue leggi del moto, usò il concetto di tempo, in cui due coppie di orologi ticchettano in modo sincrono non con il tempo assoluto e indipendente, ma tra loro. La sincronizzazione è il motivo per cui l'umanità ha costruito un orologio atomico così sofisticato e preciso.
Il concetto di tempo è costruito sulla simultaneità o coincidenza decisiva di due eventi, come l'arrivo di un treno e la coincidenza unica delle lancette dell'orologio in quel momento. La teoria di Einstein afferma che questo deve essere influenzato dal movimento. Se i due osservatori sulla banchina e il treno non riescono a mettersi d'accordo su ciò che è nello stesso momento, non possono mettersi d'accordo su come scorre il tempo stesso.
Il movimento distorce il tempo
Per comprendere l'effetto del movimento sulla prevedibilità, si consideri un semplice meccanismo di temporizzazione. Immagina un apparato di tracciamento del tempo costituito da un fotone che rimbalza tra due specchi distanziati di una distanza finita. Lascia passare un secondo durante il periodo di riflessione del fotone. Ora posizioneremo due di questi dispositivi nei punti A e B sopra la superficie della Terra e direttamente su di essa (come nell'esempio descritto sopra) e vedremo come contano il tempo in cui un oggetto in caduta libera li supera. A sua volta, questo oggetto misura il proprio tempo utilizzando lo stesso orologio. Cosa mostreranno?
Guardare il riflesso di un fotone tra due specchi in movimento è come guardare una pallina da tennis che rimbalza su un treno in movimento. Anche se la palla rimbalza perpendicolarmente a qualcuno sul treno, descrive i triangoli a un osservatore fermo all'esterno.
Un esperimento con un orologio che cade.
Quando l'apparato si muove in avanti, sembra che il fotone, come una palla, percorra una distanza maggiore dopo essere stato riflesso. Si scopre che un risultato del nostro esperimento è distorto! Inoltre, più velocemente si muove l'apparato, più tempo impiega il fotone per riflettere, prolungando così la durata di un secondo. Ecco perché il passaggio del tempo nel punto B risulta essere più lento rispetto al punto A (ricorda: a causa della gravità, l'oggetto cade nel punto B più velocemente che nel punto A).
Ovviamente questa differenza è trascurabile. La differenza tra il tempo misurato dagli orologi sulle cime delle montagne e sulla superficie della Terra è di pochi nanosecondi. Tuttavia, la scoperta di Einstein è stata una vera svolta. La gravità interferisce davvero con il passare del tempo, il che significa che più un oggetto è massiccio, più lentamente scorre il tempo vicino ad esso. Alcuni fisici si riservano persino che tutti gli oggetti nell'Universo sembrino percepirlo e provino a cadere dove il tempo scorre più lentamente, da luoghi in cui il tempo scorre più velocemente.
Campo gravitazionale terrestre e satellite GPS.
Gambe più giovani della testa
Oggi, la dilatazione del tempo gravitazionale non è solo un fenomeno ben noto nel campo della fisica teorica, ma anche uno strumento pratico. Grazie alla scoperta di Einstein e delle sue equazioni, abbiamo una cosa meravigliosa come la navigazione GPS, che non potrebbe funzionare con la massima precisione se non si tenesse conto della differenza tra il corso del tempo sulla superficie terrestre e il corso del tempo nell'orbita terrestre vicina. La dilatazione del tempo gravitazionale aiuta anche i fisici teorici e gli astrofisici a costruire teorie accurate su ciò che sta accadendo nello spazio profondo vicino a oggetti a cui non possiamo avvicinarci fisicamente (ad esempio, buchi neri e stelle di neutroni). E sì, dato questo fenomeno, si scopre che le tue gambe - anche se infinitamente insignificanti - sono più giovani della tua testa.
Vladimir Guillen
