Concetti Chiave
- La teoria della relatività ristretta di Einstein dimostra che il tempo non trascorre allo stesso modo in tutti i sistemi di riferimento, contraddicendo l'idea di un tempo assoluto.
- L'esperimento con due orologi, uno a Terra e l'altro su un velivolo spaziale, illustra come il tempo proprio dell'astronauta differisca dal tempo percepito da un osservatore terrestre.
- Per l'osservatore a Terra, l'impulso luminoso segue una traiettoria diagonale, facendo percepire un intervallo di tempo maggiore rispetto all'astronauta.
- La dilatazione temporale è stata confermata sperimentalmente utilizzando orologi atomici su un aereo, che risultano indietro rispetto a quelli a Terra.
- L'esperimento sui muoni, che vivono più a lungo se in movimento a velocità prossime a quella della luce, conferma ulteriormente la teoria della dilatazione temporale.
Dilatazione temporale: spiegazione del fenomeno e verifiche sperimentali
Sulla base dell’esperienza quotidiana pare che esista un tempo assoluto che scorre allo stesso modo in tutti i sistemi di riferimento. La teoria della relatività ristretta dimostra invece che il tempo non trascorre allo stesso modo in tutti i sistemi di riferimento. A questo proposito è necessario fare una distinzione tra il modo in cui il tempo è percepito da un osservatore a Terra e un osservatore posto all’interno di un sistema di riferimento diverso. Per comprendere tale differenza possiamo prendere in considerazione due diversi sistemi di riferimento in relazione allo stesso evento, come ad esempio l’emissione di un raggio che parte da A, si riflette in B e ritorna in A. In fisica, si definisce evento ciò che accade in un punto dello spazio in un preciso istante.
Consideriamo due orologi identici: uno viene lasciato sulla Terra e l’altro viene portato a bordo di un velivolo spaziale che si muove di velocità costante rispetto alla Terra.
L’astronauta è fermo rispetto all’orologio posto sul velivolo e, quindi, vede l’impulso luminoso muoversi verticalmente da A a B e viceversa.
Dunque, per l’astronauta il tempo delta t sarà uguale al rapporto tra 2d e la velocità della luce C. Delta t è l’intervallo di tempo impiegato dal raggio a percorrere la distanza A B due volte. In questo caso si parla di tempo proprio.
L’osservatore a Terra, invece, non misura delta t0 come intervallo di tempo fra gli stessi eventi. Infatti, dal momento che il velivolo si sta muovendo, per l’osservatore a Terra, l’impulso luminoso segue una traiettoria “diagonale”, dunque 2d per l’osservatore a terra sarà maggiore di 2d per l’astronauta. Se consideriamo che la velocità della luce C è sempre costante per il secondo postulato della relatività ristretta, ciò significa che l’osservatore a Terra percepisce un intervallo di tempo (delta t, tempo improprio) maggiore di delta t0. Questo vuol dire che il tempo per l’astronauta scorre più lentamente (fenomeno di dilatazione temporale).
La teoria di Einstein è suffragata da alcune verifiche sperimentali.
Consideriamo ad esempio due orologi atomici posti rispettivamente sulla Terra e su un aereo. L’evidenza sperimentale della dilatazione temporale è stata dimostrata dal fatto che gli orologi posti sull’aereo risultano indietro rispetto all’orologio rimasto a Terra. Si può desumere quindi che il tempo non trascorra allo stesso modo in tutti i sistemi di riferimento. Questa teoria è stata dimostrata anche dalla verifica sperimentale condotta sui muoni, particelle elementari che si muovono ad una velocità prossima a quella della luce. La vita media di un muone è di 2,2 milionesimi di secondo, ma se esso viene inserito in un acceleratore di particelle a una velocità prossima a quella della luce, la sua vita media crescerà fino a 16 milionesimi di secondo. Un muone in moto, dunque, percepirà il tempo molto più lentamente rispetto a quello di un muone fermo.
Domande da interrogazione
- Che cosa dimostra la teoria della relatività ristretta riguardo al tempo?
- Come viene percepito il tempo da un astronauta rispetto a un osservatore a Terra?
- Quali verifiche sperimentali supportano la dilatazione temporale?
- Cosa accade alla vita media di un muone in un acceleratore di particelle?
La teoria della relatività ristretta dimostra che il tempo non trascorre allo stesso modo in tutti i sistemi di riferimento, contrariamente all'esperienza quotidiana che suggerisce l'esistenza di un tempo assoluto.
L'astronauta percepisce il tempo come "tempo proprio", che scorre più lentamente rispetto all'osservatore a Terra, il quale percepisce un "tempo improprio" più lungo a causa della traiettoria diagonale del raggio luminoso.
La dilatazione temporale è supportata da esperimenti con orologi atomici su aerei, che risultano indietro rispetto a quelli a Terra, e da esperimenti sui muoni, la cui vita media aumenta quando si muovono a velocità prossime a quella della luce.
La vita media di un muone aumenta da 2,2 a 16 milionesimi di secondo quando viene inserito in un acceleratore di particelle a una velocità prossima a quella della luce, dimostrando che percepisce il tempo più lentamente.
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