Viaggio nel tempo - Tesina per liceo scientifico

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VIAGGIO NEL TEMPO: COS’E’?

Per viaggio nel tempo si intende lo spostamento verso

epoche temporali diverse, passate o future. In realtà, noi

siamo già per natura viaggiatori del tempo in quanto ci

muoviamo attraverso di esso alla velocità di un secondo al

secondo, sempre in direzione del futuro. Per rappresentare

un qualsiasi oggetto si devono usare tre dimensioni spaziali

- altezza, lunghezza e larghezza - e una temporale, la

durata. Non si può assolutamente considerare reale un

oggetto al di fuori della sua realtà temporale, come non si

può parlare di enti istantanei, cioè esistenti solamente in un

preciso istante e non in quelli immediatamente precedenti e

successivi. llllllllllllllllllllll

Un’interpretazione classica del flusso temporale è quella

che lo paragona ad un filo molto lungo, forse infinito, alle

cui estremità si dipanano le due realtà fondamentali: ciò

che è stato e ciò che sarà. Per molti anni fisici e scienziati

di tutto il mondo si sono chiesti se fosse realmente

possibile fermare, accelerare, o addirittura invertire questo

flusso che sembra inarrestabile; oggi, con le attuali

conoscenze teoriche, che ancora non possono trovare

riscontro nel mondo reale per il basso livello tecnologico

della nostra civiltà, gli studiosi concordano che il viaggio

verso il futuro sia realmente possibile, mentre ritengono

più difficile quello verso il passato che merita, perciò, un

discorso a parte. 2

VIAGGIO NEL TEMPO, DIREZIONE FUTURO

Gemello: “Nato nello stesso parto

con uno o più fratelli o sorelle”;

questa è la definizione che si può

trovare su qualsiasi vocabolario

della lingua italiana e sta ad indicare

per l’opinione comune che in ogni

momento della loro vita i gemelli

avranno sempre la stessa età, in

quanto venuti al mondo nello stesso

istante. Definizione ovviamente

valida per tutti, escluso Einstein.

Infatti, per le leggi della relatività è possibile che due

gemelli interagiscano uno con l’altro avendo età anche

sensibilmente differenti. In particolare questa situazione

diventa reale nel caso in cui uno dei due soggetti

intraprenda un viaggio interstellare su un’astronave, in

moto con una velocità prossima a quella della luce nel

vuoto, mentre l’altro rimanga sulla Terra (nell’esperimento

si considera la Terra come un sistema di riferimento

immobile). Nel 1905 il fisico di Ulm pubblica sugli

Annalen der Physik un articolo intitolato

“L’elettrodinamica dei corpi in movimento”, nel quale

espone la teoria della relatività ristretta, cioè riferita a corpi

che si muovono di moto rettilineo uniforme, e quindi non

soggetti a forze e accelerazioni. La novità introdotta dalla

relatività su cui ci focalizzeremo è la dilatazione dei tempi,

secondo cui più la velocità di un oggetto si avvicina alla

costante “c”, più il tempo dell’oggetto scorre lentamente se

visto da un osservatore fermo.LLLLLLLLLLLLLLLLLL

E’ perciò immaginabile come sia possibile che il gemello 2

rimasto a casa veda il fratello più giovane di lui, essendo il

tempo trascorso in maniera differente per quest’ultimo.

Però è vero anche il contrario. Essendo la Terra e la

navicella due sistemi di riferimento inerziali perfettamente

simmetrici è possibile studiare lo stesso esperimento

mentale dall’interno dell’astronave: dal punto di vista del

gemello in viaggio, infatti, mancando accelerazioni che

possano far notare lo stato di moto, egli potrebbe

considerare sé stesso immobile nello spazio, mentre è

l’altro che si muove insieme al pianeta in direzione

opposta, provocando una situazione paradossale in cui

entrambi i gemelli vedrebbero l’altro più giovane. A noi

sembra una situazione illogica ma Einstein ha risolto

questa illogicità: innanzitutto, secondo la relatività ristretta,

oltre a decadere il concetto di tempo assoluto, cioè uguale

per ogni essere umano in qualsiasi condizione, decade

anche il concetto di simultaneità, e quindi due eventi che a

rigor di logica dovrebbero essere incompatibili in realtà si

verificano entrambi e sono indipendenti l’uno dall’altro,

seppur in due sistemi di riferimento diversi, proprio come

nel paradosso dei gemelli. La risposta vera e propria a tale

paradosso, però, non ci viene fornita dalla relatività

ristretta, secondo cui i viaggi nel tempo non sono in realtà

possibili proprio a causa di ciò espresso finora, bensì dalla

relatività generale, elaborata dallo stesso Einstein e

pubblicata nel 1916. Secondo questa teoria, infatti, un

corpo soggetto ad accelerazioni risente in prima persona

degli effetti causati, nel caso studiato, dalla dilatazione dei

tempi, in quanto la distorsione dello spazio-tempo dovuta

alla presenza della variazione di velocità agisce

direttamente sull’osservatore rallentando il suo orologio

rispetto a un secondo osservatore in quiete. In quest’ottica

è finalmente comprensibile il motivo per cui i gemelli 2

abbiano età diverse. Nella realtà non è possibile effettuare

un qualsiasi viaggio che non comprenda accelerazioni e

anche l’ipotetico spostamento dalla Terra verso una stella

vicina non si esime da questa condizione: l’astronave

dovrebbe in un primo momento accelerare per raggiungere

la velocità di crociera, poi decelerare per invertire la rotta,

e ripetere le medesime azioni nel viaggio di ritorno a casa

(anche nel caso in cui, ipoteticamente, la navicella non

decelerasse per il cambio di rotta, ma sfruttasse a suo

favore il campo gravitazionale prodotto da un corpo

massiccio, girando intorno ad esso, si avrebbero gli stessi

risultati perché la relatività generale ci dice anche, per il

principio di equivalenza, che gravità e accelerazioni

producono gli stessi effetti sul continuum spazio-

temporale, e sono, perciò, due facce della stessa

medaglia).l 2

Nell’ottobre 1971 venne dimostrata empiricamente la

veridicità del paradosso dei gemelli grazie all’esperimento

di Hafele-Keating consistente nel far percorrere a tre

coppie di orologi al cesio differenti traiettorie spazio-

temporali su aerei di linea: quattro vennero fatti viaggiare

intorno alla Terra in direzioni opposte, mentre l’ultima

coppia venne lasciata sul continente. Al ritorno degli aerei

si vide che le coppie di orologi segnavano tempi diversi;

nello specifico, quelli che avevano viaggiato verso oriente

segnavano un orario inferiore rispetto a quello rilevato

sulla superficie terrestre pari a 59±10 nanosecondi, mentre

la coppia che aveva seguito la direzione verso occidente

aveva registrato un ritardo di orario pari a 273±7

nanosecondi. 2

In definitiva, quindi, questo viaggio interstellare è risultato

essere anche un viaggio nel tempo per l’astronauta,

avendolo portato nel futuro del proprio gemello in minor

tempo di quanto avrebbe impiegato la natura; con lo stesso

metodo, accentuando le accelerazioni del mezzo oppure

aumentando le distanze percorse, sarebbe anche possibile

effettuare spostamenti verso futuri molto più lontani e

remoti.llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll

A questo punto ci si potrebbe chiedere: “Se il principio di

equivalenza considera affini gravità e accelerazione e

quest’ultima può, come dimostrato nel paragrafo

precedente, provocare una dislocazione temporale, allora

anche con lo sfruttamento della sola gravità si possono

raggiungere gli stessi risultati?”. La risposta è, ovviamente,

affermativa. Per compiere un viaggio temporale in questo

modo abbiamo bisogno di un corpo incredibilmente denso,

capace di distorcere sensibilmente lo spazio-tempo: nel suo

libro “Viaggiare nel tempo”, J. Richard Gott ipotizza di

“smontare” il pianeta Giove, posizionarsi in un guscio

all’interno di esso e ridurne il raggio fino ad una lunghezza

appena superiore a 5,64 metri. Quest’ultima condizione è

di fondamentale importanza perché se si rendesse il corpo

di dimensioni troppo piccole rispetto alla propria massa si

creerebbe una distorsione talmente accentuata da generare 2

un buco nero. Per evitare che questo avvenga, quindi,

bisogna mantenere il raggio al di sopra di un valore limite,

noto come raggio di Schwarzschild: il valore di 5,64 metri,

già espresso, è quello specifico per Giove mentre, ad

esempio, il Sole ha un raggio limite di 1476 metri e la Terra

di soli 4,4 millimetri. Una volta portata a termine

l’operazione di addensamento, si creerà una distorsione

nella trama quadrimensionale dello spazio-tempo tale da

essere assimilabile ad un pozzo, sul cui fondo giace il

corpo massiccio, Giove; nonostante l’attrazione

gravitazionale elevatissima all’esterno del guscio, il

viaggiatore nel tempo all’interno di esso non risentirà degli

effetti “negativi” della gravità - cioè la compressione del

proprio corpo fino alla grandezza di un granello di sabbia,

se non addirittura meno - compensandosi le forze su di lui

esercitate a causa della forma spiccatamente simmetrica del

corpo (ogni forza generata da un’infinitesima massa sarà

controbilanciata da una seconda forza di uguale intensità e

direzione ma di verso contrario prodotta dalla parte

opposta del guscio). In questa situazione il viaggiatore

all’interno di Giove sarà in una condizione diversa da

quella di un osservatore apprezzabilmente distante da non

risentire delle distorsioni: infatti entrambe le persone, non

trovandosi in ambienti simmetrici e quindi, come detto

nella prova precedente, non invertibili, concorderanno sul

fatto che è l’uomo nel pozzo gravitazionale ad invecchiare

più lentamente (in particolare l’osservatore scorgerà il

viaggiatore “vivere” a velocità ridotta, mentre questi vedrà

l’altro, da un ipotetico oblò del pianeta, nello stesso modo

in cui si vede un film quando si aumenta il numero di

fotogrammi al secondo). Anche in questo caso, perciò, più

tempo si passa all’interno del guscio, maggiori saranno gli

anni trascorsi all’esterno di esso nel momento del 2

disfacimento del pianeta e del ritorno alla civiltà, ora

sicuramente più evoluta di quanto ci si possa ricordare.

Quindi, nonostante sia realmente possibile intraprendere un

viaggio verso il futuro, lo stesso si discosta fortemente

dall’ideale di viaggio temporale a cui tutti siamo abituati e,

almeno per ora, non è possibile programmare un

macchinario con l’impostazione di una data ben precisa,

premere un pulsante e aspettarsi di essere catapultati

istantaneamente nell’epoca desiderata. Forse un giorno

l’abilità tecnologica della nostra specie raggiungerà un

punto tale da permetterci di rendere possibile quello che

oggi ci appare impossibile, ma la strada da percorrere sarà

ancora lunga e ogni viaggio inizia sempre da un piccolo

passo.

VIAGGIO NEL TEMPO, DIREZIONE PASSATO

Il viaggio nel tempo verso il passato è, teoricamente,

impossibile. Abbiamo già detto che più ci si avvicina alla

velocità della luce, più il tempo sembra scorrere lentamente

per un osservatore esterno, fino a fermarsi del tutto al

raggiungimento di essa. Ragionando con la logica

saremmo dunque portati a pensare di poter visitare il

passato semplicemente viaggiando a più di 300.000 km/s,

così da invertire il flusso temporale. Questa prospettiva

potrebbe anche rivelarsi corretta in quanto non abbiamo

conoscenze né pratiche né teoriche su cosa potrebbe

accadere a tali velocità, ma Einstein irrompe nelle nostre

fantasie e ci riporta alla realtà con il secondo postulato

della relatività ristretta il quale afferma che la velocità della 2

luce è la massima velocità raggiungibile da un corpo e che

essa non può essere superata.

Questo fatto si spiega analizzando un’altra conseguenza

della relatività ristretta: a velocità luminali l’energia fornita

al corpo per accelerarlo viene convertita automaticamente

in massa, aumentando così l’inerzia del corpo stesso. E’

paradossale il fatto che, se anche si riuscisse a raggiungere

una velocità del 99,999% di “c”, non si potrebbe mai

compiere l’ultimo saltello verso il 100% in quanto il corpo,

nel frattempo, avrà acquisito così tanta massa, e di

conseguenza una tale inerzia, da poter essere accelerato

ulteriormente solo da un’energia infinita, dunque

improponibile. Non è infatti un caso che le uniche