Tesina sulla Relatività del tempo

La relatività del tempo

Q

«Quando un uomo siede un'ora in compagnia di una bella ragazza, sembra sia passato un minuto. Ma fatelo sedere su una stufa per un minuto e gli sembrerà più lungo di qualsiasi ora. Questa è la relatività.»

(Albert Einstein)

Francesca Francica V I

Liceo scientifico

A.S. 2012/2013

Indice:

• Introduzione……………………………………..pag. 3
• La nascita del tempo: il Big Bang…………………………………pag. 4
• Il tempo nella fisica: l’intensità della corrente elettrica…………………… pag. 5-6
• Le derivate e la loro applicazione alla fisica………………………………pag. 7-8
• La concezione del tempo di Agostino……………………………………. pag. 9
• Il tempo “misto” nel “La coscienza di Zeno” di Italo Svevo………...pag. 10
• James Joyce’s perception of time in Dubliners……………………….. pag. 11-12
• La concezione del tempo di Kant e Nietzsche………………………….pag. 13-14
• La periodizzazione della storia contemporanea:

Novecento: il secolo breve……………………………………...pag. 15

• “La persistenza della memoria” di Salvador Dalì…………………. pag.16
• Bibliografia……………………………………………………pag. 17 2

Introduzione

Ho voluto basare il mio elaborato su un argomento che è da sempre al centro di riflessioni filosofiche e scientifiche: il tempo.

Da un punto di vista scientifico, ha senso iniziare a parlare propriamente di "tempo" solo a partire dalla nascita dell’Universo, ovvero da ciò che è più largamente conosciuto come "Big Bang”.

Nel corso della storia il modo di concepire il tempo è mutato radicalmente. Oggi siamo abituati a pensare il tempo come lineare, ma non per tutti i popoli è stato così. La concezione del tempo lineare fu introdotta dalla Bibbia, nella quale si descrive un tempo che procede a senso unico e lo svolgimento storico dell’umanità diventa quindi irreversibile, senza possibilità di ritorno.

La percezione del "tempo" è la presa di coscienza che la realtà di cui siamo parte si è materialmente modificata. A volte percepiamo il passare del tempo come più rapido ("il tempo vola"), perché la durata ci appare inferiore a quanto è in realtà; al contrario ci accade anche di percepire il passare del tempo come più lento ("non finisce mai"). Il primo caso viene associato a situazioni piacevoli, o di grande occupazione, mentre il secondo si applica a situazioni meno interessanti o di attesa (noia).

Di fronte alla relatività del modo di percepire il tempo, ci rassicuriamo guardando le lancette dei nostri orologi correre sicure, sempre con lo stesso ritmo e, magari ci culliamo nell’idea che dal punto di vista scientifico il tempo sia uguale per tutti, ovunque.

Ma con l'avvento della teoria della relatività di Einstein venne meno il concetto, fino al 1900 dato per scontato, di tempo assoluto, cioè di un tempo che scorre immutabile e indifferente, identico in tutti i sistemi di riferimento. Un esempio lampante delle conseguenze delle scoperte di Einstein è il paradosso dei due gemelli: uno dei due parte su un’astronave che viaggia ad una velocità prossima alla velocità della luce, mentre l’altro rimane sulla Terra. Al ritorno, il gemello rimasto a Terra risulterà più vecchio del gemello astronauta. Con questo esempio si è riusciti finalmente a dimostrare scientificamente la relatività del tempo.

Partendo dalla nascita del tempo e dalla creazione dell’universo, ho cercato di fornire una definizione fisica e matematica di tempo attraverso l’intensità della corrente elettrica.

Ho voluto fare, poi, un excursus sulle varie concezioni del tempo di alcuni filosofi come Agostino, Kant, e Nietzsche che nelle loro opere hanno cercato di fornire una definizione originale di tempo.

Infine ho voluto analizzare la percezione del tempo di Joyce, attraverso uno dei suoi racconti di “Dubliners”, e di Svevo che ne “La coscienza di Zeno” utilizzò la tecnica del “tempo misto” per narrare gli eventi del romanzo. Ho concluso con l’opera di Dalì: “La persistenza della memoria” che venne ispirata dalla teoria di Einstein sulla relatività del tempo e che fa riconsiderare all’osservatore la dimensione del tempo e della memoria. 3

La nascita del tempo: il Big Bang

Un millesimo di miliardesimo di secondo. Questo il tempo necessario perché dal nulla prendesse forma l'universo primordiale, fatto di energia, particelle di materia e quattro tipi di forza a governarne le interazioni. Secondo l’ipotesi cosmologica più accreditata, l’Universo è nato 15-20 miliardi di anni fa da una grande esplosione, chiamata Big Bang. I cosmologi sono riusciti a ricostruire in modo abbastanza attendibile, per via teorica, la storia dell’Universo a partire da 10^-43 s dopo il tempo zero, cioè il momento in cui si è originato l’Universo.

Durante l’era di Plank, cioè nell’intervallo tra il tempo zero e 10^-43 s, l’Universo era in uno stato di singolarità, cioè in uno stato in cui materia ed energia erano condensate in modo da costruire un sistema che non può essere descritto con le leggi fisiche e per il quale è impossibile parlare di spazio e tempo.

Questa teoria dell’universo inflazionario fu sviluppata alla fine del XX secolo ed è molto più accreditata della teoria dell’universo stazionario. Subito dopo la sua nascita, secondo il modello inflazionario, l’universo sarebbe passato attraverso una brevissima fase durante la quale le forze fondamentali si sarebbero comportate in modo diverso rispetto a oggi. Si sarebbe verificata, di conseguenza, una violentissima espansione che, nel giro di 10^-32 s, avrebbe fatto aumentare il volume dell’universo di miliardi e miliardi di volte (inflazione), mentre la temperatura sarebbe scesa rapidamente.

Al termine della fase di inflazione, mentre si sarebbe liberata una gran quantità di calore, la “sfera di fuoco” avrebbe ripreso a espandersi con un ritmo più lento. Nei primissimi istanti l’energia cominciò a condensarsi prima in particelle elementari (quark ed elettroni), poi in particelle maggiori (protoni e neutroni), finché dopo i primi 3 minuti, quando la temperatura scese a 10⁹ K, si formarono i primi nuclei atomici (idrogeno ed elio).

Dopo circa 400 milioni di anni l’universo assunse condizioni fisiche più familiari e iniziarono a formarsi enormi galassie formate da miliardi di stelle in continua evoluzione.

È difficile immaginare come il tempo possa essere nato dal Big Bang. Infatti questo implica che non ci fosse tempo prima del Big Bang, ma, senza tempo, come è possibile che qualcosa abbia causato l’esplosione? Tutto doveva essere come “congelato”, dato che è il tempo a causare mutazioni. Non ci sono risposte definitive, ma, secondo gli scienziati, nello stato di singolarità il tempo non avrebbe senso.

Tuttavia, ci sono alcune teorie sull’Universo che suggeriscono che ci sia stato in realtà un tempo anche prima del Big Bang. Un importante studio per capire di più sull’origine del nostro Universo può essere condotto ipotizzandone la fine.

Infatti se il nostro Universo collasserà in un “Big Crunch” (grande collasso), qualsiasi informazione in questo Universo verrebbe distrutta, e nessuna informazione potrebbe essere trasmessa nel successivo Universo. Secondo l’ipotesi del Big Crunch, infatti, la forza di gravitazione di tutta la materia fermerà l’espansione dell’Universo, che inizierà a contrarsi.

Tutta la materia e l’energia, quindi, verrebbero compresse nuovamente fino ad arrivare ad uno stato di singolarità. Non è possibile dire cosa succederebbe in seguito, perché il tempo stesso si fermerebbe in questo stato. 4

Il tempo nella fisica

In fisica, il tempo è definito come distanza tra gli eventi calcolata nelle coordinate spaziotemporali.

Per spaziotempo, o cronotopo, si intende la struttura quadridimensionale dell'Universo.

Esso è composto, infatti, da quattro dimensioni: le tre dello spazio (lunghezza, larghezza e profondità) e il tempo che rappresenta il "palcoscenico" dei fenomeni fisici. Ogni oggetto presente nell'universo influisce sullo spaziotempo e quindi su tutte e quattro le dimensioni che lo compongono: per esempio, la Terra influenza le tre dimensioni dello spazio attraverso la gravità, e influisce sul tempo attraverso un rallentamento del tempo stesso.

Nei buchi neri il tempo viene rallentato di moltissimo; tanto da ipotizzare che, nel loro nucleo, il tempo sia completamente fermo.

Le caratteristiche dello spaziotempo permettono di ipotizzare la possibilità, sotto certe condizioni, del viaggio nel tempo.

In fisica il termine “tempo” è usato spesso con il significato di “istante”: si dice ad esempio che un certo evento è avvenuto al tempo t = t₀, ma anche di “durata” che invece è l’intervallo di tempo delimitato da due istanti t₁ e t₂, ossia in pratica due eventi indicati frequentemente col simbolo ∆t oppure t₂ - t₁ con t₂ > t₁.

L’intensità della corrente elettrica

La corrente elettrica è un moto ordinato di cariche elettriche.

Per far muovere le cariche all’interno di un filo conduttore è necessaria una differenza di potenziale elettrico ( ). Le cariche positive seguono la discesa di potenziale, mentre quelle negative la risalgono.

Le cariche elettriche in moto possono essere di diversa natura. Nei liquidi e nei gas la corrente elettrica è costituita da cariche positive e da cariche negative (ioni positivi e ioni negativi), mentre nei conduttori metallici la corrente è dovuta alle sole cariche negative, gli elettroni.

Per convenzione, il verso della corrente elettrica è quello in cui si muovono le cariche positive, perciò la corrente procede dai punti a potenziale maggiore verso quelli a potenziale minore.

Nei conduttori metallici (i più usati), in cui si muovono solo gli elettroni, il loro verso quindi è contrario al verso convenzionale della corrente.

Si definisce intensità della corrente elettrica I il rapporto tra la quantità di carica ∆Q che attraversa una sezione del conduttore e l'intervallo di tempo ∆t impiegato:

L'intensità di corrente è una grandezza scalare e la sua unità di misura è l'ampere (A) in onore del fisico francese André Marie Ampère (1775-1836);