La relatività del tempo
La relatività del tempo è uno degli aspetti rivoluzionari della teoria di Einsten.
Cosa significa tempo relativo?
Il tempo non scorre per tutti allo stesso modo. A seconda delle circostanze il tempo scorre più lentamente o più velocemente.
Il tempo rallenta con la velocità
La durata di un fenomeno dipende dal sistema di riferimento in cui avviene la misura.
Esempio. Se in un sistema di quiete un evento dura t secondi, lo stesso fenomeno dura di più in un sistema di riferimento che si muove quasi alla velocità della luce in un moto uniforme.
Tuttavia, non è il fenomeno a rallentare ma il tempo a dilatarsi.
Come si dimostra la relatività temporale
Una prova sperimentazione della dilatazione del tempo ci viene offerta dai raggi cosmici. Si tratta di radiazioni originate nel cosmo che si muovono quasi alla velocità della luce.
Quando i raggi cosmici entrano nell'atmosfera terrestre, a circa 10 chilometri di quota producono delle particelle elementari appartenenti alla famiglia dei muoni.
Dopo 3·10-5 secondi i raggi cosmici e i muoni colpiscono la Terra.
Qual è la stranezza?
In teoria non dovremmo rilevare l'arrivo dei muoni sulla superficie terrestre, perché il decadimento di queste particelle elementari dura soltanto 1,5·10-6.
I muoni non dovrebbero arrivare sulla Terra perché il loro decadimento si conclude molto prima.
Il processo di decadimento delle particelle è venti volte inferiore rispetto alla durata di tempo necessaria ai raggi cosmici per percorrere 10 km di atmosfera terrestre e arrivare sulla crosta terrestre del pianeta.
Come si spiega il fenomeno?
Secondo la teoria di Einstein la velocità della luce è una costante ed è indipendente da qualsiasi sistema di riferimento. Pertanto, le particelle non possono muoversi più velocemente della luce.
Se la velocità della luce è una costante, allora l'unica spiegazione possibile del fenomeno è la dilatazione dello spazio e del tempo.
Per le particelle il tempo scorre in modo molto più lentamente rispetto al tempo terrestre, perché viaggiano quasi alla velocità della luce.
Per ogni secondo di tempo del muone, passano circa venti secondi sulla Terra.
Questo fenomeno naturale è detto dilatazione del tempo.
Nota. Agli occhi di un osservatore terrestre il decadimento della particella appare venti volte più lento del normale. Come se avvenisse al rallentatore.
In base al secondo postulato della relatività di Einstein la velocità della luce una costante per tutti i sistemi di riferimento, sia sulla Terra che sulla particella in movimento.
Pertanto, se la velocità della luce è costante e il processo di decadimento radioattivo della particella rallenta, quest'ultima può percorrere una distanza maggiore prima di decadere.
Questo spiega perché i muoni arrivano sulla superficie terrestre.
Questa un'evidenza empirica è anche una conferma sperimentale della relatività del tempo.
La formula della dilatazione del tempo
Gli esperimenti hanno rilevato una relazione tra il tempo t in un sistema di quiete e un sistema inerziale in movimento t'.
La formula della relatività del tempo e della dilatazione temporale è la seguente:
Quando il sistema inerziale è in stato di quiete la velocità è nulla ( v=0 ). In questo caso, il tempo è lo stesso in entrambi i sistemi.
Viceversa, quanto maggiore è la velocità ( v ), tanto più si dilatano le unità del tempo ( secondi ) nel sistema di riferimento in movimento.
Esempio. Se ci fosse un orologio sul sistema in movimento ( Fig. C - orologio a sinistra ), a causa della dilatazione del tempo le sue lancette si muoverebbero molto più lentamente rispetto agli orologi sulla Terra ( Fig. A - orologio a destra ).
Il tempo si dilata e lo spazio si contrae
Lo spazio e il tempo fanno parte di un'unica grandezza fisica, detta spaziotempo o cronotopo.
Un effetto collegato alla dilatazione del tempo è la contrazione dello spazio. Quando il tempo si dilata ( rallenta ) lo spazio si contrae, e viceversa.
Sia lo spazio che il tempo sono grandezze fisiche relative e sono interdipendenti. E' una delle principali conquiste della teoria della relatività di Einstein.
