Il tempo della relatività

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La distinzione tra passato, presente e futuro

è solo un’illusione, anche se ostinata.

- Albert Einstein -

 Non trattaremo qui per esteso gli innumerevoli aspetti della Relatività, per porre invece l’attenzione su uno solo dei tanti aspetti della teoria più famosa nella storia della scienza e dell’umanità. L’aspetto che analizzeremo è il tempo, che, dopo l’avvento della Relatività, ha perso molta della sua “autorità”.

Il tempo che oggi non è più un riferimento assoluto.

Presso la gente comune la diversa concezione del tempo, dettata dalla Relatività, crea disagio e incredulità. Chi è appassionato di fantascienza ha in genere la mente più preparata a recepire questi concetti, che, per quanto possano apparire assurdi, sono reali, provati e sperimentati. In proposito va ricordato l’abbaglio che prese l’autorevole New York Times ancora nel 1921, quando pubblicò un titolo a caratteri cubitali che recitava: “La teoria di Einstein è sicuramente una folle stravaganza”.

Einstein stesso dava la colpa al “senso comune” per spiegare perché fosse così difficile far accettare la sua rivoluzionaria Teoria. Quel “senso comune” che, guardando il cielo, ci suggerisce che sia il Sole a girare intorno alla Terra. Einstein osservò una volta che “il senso comune è quello strato di pregiudizi che si sono depositati nella mente prima dei 18 anni”. E che difficilmente si riescono a rimuovere.

L’enunciato di base della Relatività recita: “Le leggi fisiche sono valide ovunque per ogni osservatore, ma ogni evento che osserviamo e descriviamo è relativo al sistema in cui ci troviamo.”

Ne deriva che non esiste un luogo privilegiato, “giusto” più degli altri, da cui osservare l’universo. E questo porta alla rivoluzionaria intuizione dell’inesistenza di uno spazio e di un tempo assoluti.

Sulla Terra e nella vita di tutti i gironi il tempo è un valore assoluto, un riferimento certo e indispensabile. Dato che la luce alla sua velocità riesce a fare il giro della Terra per ben 8 volte in un solo secondo, finchè vivremo nell’ambito della nostra Terra, non avremo mai grossi problemi con il tempo, perché tutto ci apparirà istantaneo e contemporaneo.

Ma se volessimo spingere lo sguardo al di fuori del Sistema Solare, avremmo delle sconcertanti sorprese riguardo al tempo e alla cognizione di ciò che consideriamo passato, presente e futuro.

Einstein fu tra i primi a mettere in dubbio l’esistenza di un tempo assoluto, valido per tutte le regioni della galassia o dell’universo intero. Con la Teoria della Relatività il tempo diventa anch’esso un valore relativo al luogo in cui ci troviamo, e relativo alla velocità a cui ci muoviamo. Quindi non solo ogni luogo ha un suo tempo proprio, ma addirittura il tempo scorre più lentamente se ci muoviamo ad elevata velocità, o se c’è forte gravità, dando luogo alle cosiddette “dilatazioni temporali”. 

Nella fantascienza le dilatazioni temporali sono sempre state usate con una certa frequenza, specie quando era necessario far compiere tragitti lunghi anni luce, senza dover far morire i protagonisti per evidenti limiti anagrafici!

In questi casi per non cadere nell’impossibile, la scienza offre generalmente almeno tre vie d’uscita: l’ibernazione dell’equipaggio, i cunicoli spazio-temporali, definiti dagli astrofisici Ponti di Einstein-Rosen e legati alla presenza di Buchi Neri, e, appunto, la soluzione della dilatazione del tempo.

Questo effetto del “rallentamento” del tempo non è però un’invenzione fantastica di un romanziere, ma un fatto reale e sperimentato, a riprova della validità della Teoria della Relatività.

       Con la Relatività la distinzione tradizionale

 tra futuro, presente e passato

va riveduta, poiché la stessa nozione di presente

 dipende dal nostro stato e non ha più valore universale.

Il tempo inoltre è elastico e può essere dilatato

dalla velocità del moto o dalla gravitazione.

- Albert Einstein -

Gli eventi che si verificano altrove nel cosmo si manifestano a noi (cioè diventano realtà presente) solo quando la loro luce, o altra radiazione, ci raggiunge. Quindi, finchè non ci raggiunge, quell’evento rimane nel nostro futuro, sebbene altrove possa essere un evento presente o già addirittura del passato.

Vi porto un breve esempio pratico per capire meglio: ecco….oggi sulla Terra assistiamo ad un evento straordinario, da registrare negli annali! Appare una supernova nella galassia M 31 di Andromeda, distante 2 milioni di anni luce da noi. Continuiamo ad osservarla al telescopio tutte le notti, la studiamo a fondo e annotiamo l’evento di questa esplosione a cui stiamo assistendo attualmente. L’evento è nel nostro presente: la possiamo ammirare in cielo ogni notte.

Questa stessa supernova che noi ammiriamo oggi, però è un evento del passato sul pianeta Kaldor, situato nella galassia di Andromeda. La supernova fu vista 2 milioni di anni fa dai loro astronomi. Essi la ammirarono ad occhio nudo,  la studiarono a fondo e annotarono l’evento. Quegli astronomi morirono, forse si estinse anche la loro specie, mentre la stessa supernova continuava via via ad apparire agli sguardi vigili di tanti altri astronomi che vivevano su pianeti sempre più lontani. Finchè oggi questo evento appare a noi.

L’evento è stato presente, reale, ma per ben 2 milioni di anni l’evento per noi non esisteva, anche se in realtà l’esplosione era in atto, vista e registrata da tanti altri astronomi. Per il pianeta Terra però era un evento del futuro, non ancora avvenuto. Soltanto oggi dopo 2 milioni di anni la supernova è nel nostro presente.

E questo stesso evento è ancora oggi un evento del futuro per il pianeta Piri situato nella galassia M 87  della Vergine, distante da noi altri 70 milioni di anni luce.

Oggi noi, nel nostro presente, stiamo vedendo un evento che appartiene al futuro del pianeta Piri e al passato del pianeta Kaldor.

Gli astronomi della Terra moriranno, forse si estinguerà anche la loro specie, quando tra 70 milioni di anni quella stessa supernova sarà un evento del presente per la gente di Piri, e i loro astronomi la studieranno al telescopio. Per il pianeta Piri sarà un evento reale, attuale, presente. Per noi lo stesso evento è parte del nostro passato e non esiste più da 70 milioni d’anni.

Qual è dunque il vero passato, il vero presente, il vero futuro? La risposta che ci fornisce la Teoria della Relatività è: tutti e tre sono veri e reali. Ogni evento è relativo al sistema (al pianeta) in cui ci troviamo. Ogni sistema ha il suo tempo relativo. Lo stesso evento, per noi terrestri, è nel passato su Kaldor, nel presente sulla Terra e nel futuro su Piri. Quindi, ciò che per noi esiste nel  presente, su Kaldor non esiste più e su Piri è ancora sconosciuto.  

 Per comprendere meglio il concetto facciamo un esempio molto concreto e “terrestre”, usando una metafora.

Due scienziati osservano la stessa montagna. Devono farne uno studio e una descrizione accurata da presentare ad un’Università. Annotano su un’agenda ciò che vedono, ma questa descrizione rischia di essere invalidata da aspetti soggettivi. Uno potrebbe descrivere i ghiacciai, l’altro dare più risalto alle cascate che vede o ai picchi rocciosi e così via.

Per essere più rigorosi e scientifici decidono allora di utilizzare uno strumento tecnico come una macchina fotografica (che fuor di metafora può essere un orologio atomico o un telescopio). Fanno entrambi una foto e la portano all’Università come prova reale e inconfutabile di ciò che lo strumento ha registrato. Solo che uno scienziato ha fatto la foto dal versante nord, l’altro dal versante sud. La montagna è sempre la stessa, ma dalle foto sembrano due montagne diverse. Qual è la vera realtà? Quale scienziato dice la verità? Qual è la foto giusta? La risposta secondo la Teoria della Relatività è che entrambe le foto sono giuste, sono vere, sono reali, esistono tutte e due. Entrambi gli scienziati hanno detto la verità.

La stessa situazione vale per tutte le cose nell’universo, incluso il tempo.

Non c’è un tempo “esatto” per tutte le galassie. E non solo. Addirittura a seconda del luogo dove ci troviamo, della gravità a cui siamo soggetti e della velocità a cui ci muoviamo, il tempo scorrerà in maniera diversa. 

Nella nostra vita sulla Terra questi effetti non sono riscontrabili, ma è bene sapere che nell’immensità dello spazio in certe zone soggette a intensa gravità o muovendosi a velocità elevate questi effetti sono reali. Una prova sperimentale è stata fatta con precisissimi orologi atomici al cesio. Un orologio è stato messo a bordo di un’aereo militare supersonico che ha viaggiato alla massima velocità per 48 ore. L’altro è rimasto a terra in laboratorio. Al termine del viaggio si sono confrontati i due orologi e l’orologio che aveva viaggiato sull’aereo ad alta velocità era rimasto indietro, cioè il tempo era trascorso più lentamente rispetto al tempo sulla Terra.

Con gli acceleratori di particelle come quello del CERN di Ginevra si sono ottenute le prove più eclatanti della validità delle leggi della Relatività sul tempo. Qui le particelle vengono accelerate fino a raggiungere il 99% della velocità della luce, quindi una velocità enormemente superiore a quella di qualsiasi aereo o razzo. Naturalmente più la velocità è elevata, più si nota l’effetto del rallentamento dello scorrere del tempo. Qui non si tratta solo di frazioni di secondo di differenza.

Una particella lanciata ad alta velocità decade rispetto alle stesse particelle in laboratorio in un periodo anche 50 volte più lungo. Più si aumenta la velocità, più il tempo rallenta e quindi più tardi la particella decade. Cioè questa particella “vive” anche 50 volte più a lungo di quelle che sono ferme in laboratorio. Questa non è altro che la prova sperimentale del famoso viaggio dei gemelli, conosciuto da tutti. Il gemello che parte con l’astronave a velocità relativistiche, quando ritorna sulla Terra ritrova il suo gemello molto più vecchio di lui. A causa della velocità, prossima a quella della luce, il suo tempo è proceduto più lentamente di quello del fratello rimasto sulla Terra. Abituati a considerare il tempo come un valore assoluto viene spontaneo chiedersi: “Qual è la verità? Quale tempo è giusto?”. Come nell’esempio della montagna entrambi sono giusti. Tutte e due sono verità. Entrambi sono esatti, ognuno relativamente al suo sistema (luogo, velocità di moto e gravità). E va sottolineato che nessuno dei gemelli noterebbe niente di strano riguardo al tempo finchè rimane nel suo sistema. Il gemello in viaggio non direbbe: “Oh, quassù il tempo è rallentato!”

Per lui quello scorrere del tempo è l’unica realtà. Proprio come la foto della montagna fatta da sud è l’unica realtà della montagna per lo scienziato che la vede da sud.

E’ solo confrontando il nostro con un altro tempo che possiamo scoprire la deformazione temporale.

 A conclusione di questo viaggio dentro il tempo, possiamo constatare che viaggi lunghissimi e impossibili, diventano più probabili grazie alla dilatazione temporale. Ma rendere questi viaggi realtà, per entità che non siano semplici particelle o atomi, è però poco probabile.

Negli acceleratori si evidenzia che, per accelerare particelle invisibili a velocità vicine a quella della luce, servono enormi quantità di energia. Per spingere una grande astronave a queste velocità servirebbe tutta l’energia prodotta sulla Terra negli ultimi cento anni. Oppure utilizzare la fonte di energia che ha maggiore resa in termini di trasformazione di massa in energia: l’antimateria. Mentre con l’energia nucleare lo 0,8% della massa si trasforma in energia, con l’antimateria il 100% della massa viene trasformata in energia. Ma nella realtà, anche ammesso si riescano a produrre tonnellate di antimateria, sarà ben difficile tenere sotto controllo questo tipo di reazione che produce l’annichilazione totale della materia.

Nella fantascienza si potrà continuare a viaggiare a velocità relativistiche sfruttando le dilatazioni temporali e, ritrovandosi in lontane regioni dello spazio, far cadere la barriera che separa passato, presente e futuro.