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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.
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