COS'è LA DILATAZIONE DEL TEMPO?

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Uno degli argomenti più interessanti nel campo della scienza è il concetto di relatività generale. Sai, questa idea che accadono cose strane mentre ti avvicini alla velocità della luce. Ci sono strani cambiamenti nella lunghezza delle cose, bizzarro spostamento delle lunghezze d'onda. E soprattutto sconcertante, c'è il concetto di dilatazione: come puoi letteralmente sperimentare più o meno tempo in base alla velocità con cui viaggi rispetto a qualcun altro.

E anche più strano di così? Come abbiamo visto nel film Interstellar, passare del tempo vicino a un oggetto molto massiccio, come un buco nero, può causare questi stessi effetti relativistici. Perché massa e accelerazione sono più o meno la stessa cosa?

Onestamente, è abbastanza per darti un forte mal di testa.

Ma solo perché trovo sconcertante il concetto, continuerò comunque a sminuzzarmi, cercando di capirne di più e di aiutarti a avvolgere il tuo cervello. A mio vantaggio, a tuo vantaggio, ma soprattutto a mio vantaggio.

C'è un grande aneddoto nella storia della fisica - probabilmente non è quello che è realmente successo, ma lo adoro ancora.

Uno degli astronomi più famosi del 20 ° secolo fu Sir Arthur Eddington, interpretato da un affascinante David Tennant nel film del 2008, Einstein ed Eddington. Che, dovresti davvero vedere, se non l'hai già fatto.

Quindi comunque Doctor Who, intendo Eddington, aveva scoperto come le stelle generano energia (attraverso la fusione) e confermava personalmente che le previsioni di Einstein sulla Relatività Generale erano corrette quando osservò un'eclissi solare totale nel 1919.

Apparentemente durante una conferenza di Sir Arthur Eddington, qualcuno chiese: "Professor Eddington, devi essere una delle tre persone al mondo che capisce la relatività generale". Si fermò per un momento, poi disse: "Sì, ma sto cercando di pensare a chi sia la terza persona".

Non sono assolutamente io, ma conosco qualcuno che ha una conoscenza della Relatività Generale, e questo è il Dr. Brian Koberlein, professore di astrofisica al Rochester Institute of Technology. Tratta sempre questo argomento sul suo blog, One Universe At A Time, che dovresti assolutamente visitare e leggere su briankoberlein.com.

In effetti, solo per dimostrare come funziona, Brian ha spinto convenientemente il suo ufficio RIT a una velocità quasi leggera, e sta precipitando verso di noi proprio ora.

Dr. Brian Koberlein:
Ciao Fraser, grazie per avermi. Se puoi aspettare un secondo, devo solo rallentare.

Fraser Cain:
Cosa è appena successo lì? Perché siete stati tutti rallentati?

Brian:
In realtà è un effetto interessante noto come dilatazione del tempo. Una delle cose sulla luce è che, indipendentemente dal quadro di riferimento in cui ti trovi, indipendentemente da come ti muovi nell'Universo, misurerai sempre la velocità della luce nel vuoto per essere la stessa. Circa 300.000 chilometri al secondo.

E per farlo, se ti muovi rispetto a me, o se mi muovo rispetto a te, i nostri riferimenti per tempo e spazio devono spostarsi per mantenere costante la velocità della luce. Mentre mi allontano più velocemente da te, il mio tempo secondo te deve rallentare. D'altra parte, il tuo tempo sembrerà rallentare rispetto a me.

E quell'effetto di dilatazione del tempo è necessario per mantenere costante la velocità della luce.

Fraser:
Questo succede solo quando ti muovi?

Brian:
La dilatazione del tempo non si verifica solo a causa del movimento relativo, ma può anche verificarsi a causa della gravità. La teoria della relatività di Einstein afferma che la gravità è una proprietà della deformazione dello spazio e del tempo. Quindi quando hai una massa come la Terra, in realtà deforma lo spazio e il tempo.

Se ti trovi sulla Terra, il tuo tempo sembra muoversi un po 'più lentamente di qualcuno nello spazio, a causa della differenza di gravità.

Ora, per la Terra, questo non ha molta importanza, ma per qualcosa come un buco nero, potrebbe importare molto. Man mano che ti avvicini sempre di più a un buco nero, il tuo tempo sembrerà rallentare sempre di più.

Fraser:
Cosa significherebbe per i viaggi nello spazio?

Brian:
In molte volte nella fantascienza, vedrai l'idea di un razzo che si avvicina molto alla velocità della luce e usa la dilatazione del tempo per viaggiare verso stelle lontane.

Ma potresti davvero fare la stessa cosa con la gravità. Se avessi un buco nero che stava uscendo da un'altra stella o un'altra galassia, potresti effettivamente prendere la tua astronave e orbitarla molto vicino al buco nero. E il tuo tempo sembrerebbe rallentare. Mentre orbite attorno al buco nero, il buco nero impiegherebbe il suo tempo per raggiungere un'altra stella o un'altra galassia, e per voi sembrerebbe molto veloce.

Quindi è un altro modo in cui potresti usare la dilatazione del tempo per viaggiare verso le stelle, almeno nella fantascienza.

Fraser:
Va bene Brian, ho un'ultima domanda per te. Se diventi più massiccio man mano che ti avvicini alla velocità della luce, potresti ottenere così tanta massa da trasformarti in un buco nero? Vorrei che rispondessi a questa domanda sotto forma di un post sul blog su briankoberlein.com e sul post di Google+ che collegheremo proprio qui.

Brian:
Grazie Fraser, avrò quella risposta sul mio sito web.

Ancora una volta, abbiamo visitato il regno sconcertante della dilatazione del tempo e siamo tornati relativamente incolumi. Non significa che lo capisca meglio, ma spero che lo faccia comunque. Ancora una volta, un grande ringraziamento al Dr. Koberlein per aver dedicato qualche minuto al suo viaggio relativistico per rispondere alle nostre domande. Assicurati di visitare il suo blog e di leggere la sua risposta alla mia domanda.