La dilatazione del Tempo nella Teoria della Relatività

Il Tempo

Introduzione all’argomento:

• teoria della relatività ristretta asserisce che il tempo rallenta via, via, che ci si avvicina alla velocità della luce, da questa affermazione si deduce che la dilatazione del tempo e la velocità sono una componente essenziale di questa teoria; infatti essa afferma che il tempo è relativo all’evento e non esiste un tempo assoluto nello spazio, proprio per questo non si può determinare un tempo assoluto ma si può solo determinare un tempo relativo rispetto ad un osservatore.

Per dimostrare questa particolare relazione del tempo con il moto, nei testi scolastici di fisica spesso viene proposto un esperimento molto interessante, serve proprio a spiegare il rallentamento del tempo con la velocità secondo questa teoria.
L’esperimento esposto è solo teorico e consiste nell’osservazione in due situazioni per verificarne le differenze, di un orologio a luce fermo ed in moto continuo uniforme.

Ma cos’è l’orologio a luce? Questo strano orologio è semplicemente un macchinario astratto che funziona proprio con i raggi di luce. Si esegue questo esperimento proprio per dimostrare che la luce nel rispetto del secondo postulato della relatività ha una velocità sempre costante, quindi si presuppone che questi orologi siano molto precisi, provando così che è il tempo a rallentare con il moto.

Nella figura 8.1 vediamo schematizzato l’orologio a luce, questo potrebbe essere un orologio costruito apposta o una torre immaginaria oppure un semplice ragionamento teorico. Immaginiamoci l’orologio fermo, lui è formato da una sorgente di luce in A che invia un raggio luminoso verso il lato opposto nel punto B, li c’è un specchio perfettamente perpendicolare alla sorgente, per una distanza AB, quindi il segnale parte da A e arriva in B tornando indietro in A, emettendo a questo punto un segnale di avvenuto arrivo.
Con questa spiegazione rappresentata nella figura 8.1 si vede molto bene che, nell’orologio a luce fermo i due raggi sono paralleli, ma nell’orologio a luce in movimento i due raggi diventano le due ipotenuse dei due triangoli, infatti è l’ipotenusa di e è l’ipotenusa di Seguendo questa spiegazione capiamo subito che, quando l’orologio a luce è fermo la luce ha un percorso breve, invece quando è in movimento ha un percorso più lungo a zig-zag, questa differenza però non può essere verificata se l’osservatore è in moto con l’orologio, ma può essere verificata solo da un osservatore esterno fermo, di conseguenza essendo la velocità della luce una costante fisica il tempo qui si dilata così abbiamo ecco evidenziato il rallentamento del tempo con la velocità.
Peccato però che questo esperimento teorico è un trucco di logica…. o quanto meno non succede questo nella realtà.

Se immaginiamo di rifare l’esperimento, come si comporterebbe veramente l’orologio nella realtà? Forse il moto costante dell’orologio come dice Galileo è ininfluente? Vediamo!

Immaginiamo un orologio in moto uniforme o meglio eseguiamo se vogliamo l’esperimento mentalmente nello spazio, per esempio lanciamo un raggio di luce verso un piccolo specchio montato su un satellite a 36 km in orbita geostazionaria sulla Terra in questo caso l’esperimento mentale potrebbe essere capito meglio.
Iniziamo l’esperimento assicurandoci che gli strumenti siano ben posizionati, la sorgente perfettamente ortogonale al piano di lancio, lo specchio perfettamente a piombo con la sorgente.
Se l’esposizione relativistica risultasse giusta nell’esperimento eseguito con moto uniforme, quando lanciamo il raggio di luce sullo specchio perfettamente perpendicolare alla sorgente, la luce si comporta come nella figura 8.2 quando parte il raggio in A nell’arrivare nel punto lo specchio si è spostato di poco per il suo moto, questo fa si che il raggio non colpisce più lo specchio e l’esperimento non riesce.

Per poter effettuare l‘esperimento mentale bisogna fare alcuni aggiustamenti al macchinario, cioè occorre inclinare sia la sorgente e sia lo specchio come nella figura 8.3 qui vediamo che l’orologio a luce quando è in moto il raggio di luce effettivamente colpisce lo specchio del satellite e lo invia esattamente la punto di arrivo ed automaticamente lancia il segnale di arrivo previsto, qui in effetti si vede che c’è una maggiore distanza dalla partenza del raggio e l’arrivo, questa differenza è esattamente il moto dell’orologio. Ma quando fermiamo l’orologio si nota che il raggio non è più perpendicolare e se ci fosse uno specchio a metà del percorso nella stessa posizione di il raggio esegue lo stesso tragitto di quello di quando è in moto, il risultato è evidente, non c’è nessuna differenza negli esperimenti nell’orologio fermo con quello in moto, quindi non c’è nessun rallentamento del tempo, questo è solo un trucco di logica.

Adesso se vogliamo veramente capire forse bisogna approfondire la meccanica del fenomeno per non sbagliare.
Noi questo fatto sperimentale lo proviamo tutti i giorni andando in auto o sull’aereo se facciamo cadere una biglia o versiamo l’acqua in un bicchiere questa cadrà sempre a piombo incurante dell’alta velocità costante a cui siamo sottoposti. Vi domandate perché?
Perché la biglia o l’acqua dell’esperimento nella loro massa hanno nel momento della caduta la stessa energia cinetica della Terra (moto rotatorio) della nave, dell’auto o dell’aereo, quindi quando cadono eseguono sempre il percorso più breve, ortogonale alla Terra mantenendo il loro moto naturale.
Se usiamo la logica di Galileo, ci accorgiamo che il moto continuo per l’orologio a luce è veramente ininfluente al raggio di luce, in quell’esperimento non ci può essere nessun percorso a zig-zag, per confermare la mia tesi proviamo a ripetere l’esperimento aggiungendo all’orologio un semplice filo teso tra la sorgente e lo specchio.

Effettuato l’esperimento cosa vedrà l’osservatore fermo all’esterno?
Vedrà l’orologio in moto ed il raggio di luce che esegue una linea retta perfettamente parallela al filo teso, quindi anche della stessa lunghezza tra la sorgente lo specchio, l’osservatore qui capirà che il moto dell’orologio è ininfluente lui vedrà una linea di luce lunga come il filo teso (della stessa misura sia con l’orologio fermo sia con l’orologio in moto) e non gli risulterà mai avere un percorso a zig-zag, gli risulterà una linea retta come la caduta di un grave nell’esempio di Galilei, questo risulterà sempre ortogonale al terreno anche se si è in presenza del moto della Terra.

D’altra parte anche noi ogni giorno verifichiamo questa verità, se ci troviamo in auto, in treno o in aereo in volo con un moto continuo senza asperità o vuoti d’aria, noi non ci accorgiamo mai del moto, possiamo versare tranquillamente dell’acqua in un bicchiere senza problemi, ma avremmo delle grosse difficoltà se il treno improvvisamente accelerasse o decelerasse, già questo ci fa capire che il moto perfettamente uniforme senza alcuna influenza esterna è assolutamente estraneo al fenomeno sperimentale eseguito.

Per questo io affermo che il raggio di luce con un moto continuo non esegue mai un percorso a zig-zag, questa è una delle tante contraddizioni che non permetteranno mai alla relatività di divenire una legge della fisica.

Di seguito voglio riportare integralmente l’esempio fatto da Galileo nella seconda giornata nel suo saggio “Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo” scritto in italiano volgare nel 1630 inerente al moto continuo uniforme da cui deriva anche la legge della Relatività classica.
«Riserratevi con qualche amico nella maggiore stanza che sia sotto coverta di alcun gran naviglio, e quivi fate d’aver mosche, farfalle e simili animaletti volanti; siavi anco un gran vaso d’acqua, e dentrovi de’ pescetti; sospendasi anco in alto qualche secchiello, che a goccia a goccia vadia versando dell’acqua in un altro vaso di angusta bocca, che sia posto a basso: e stando ferma la nave, osservate diligentemente come quelli animaletti volanti con pari velocità vanno verso tutte le parti della stanza; i pesci si vedranno andar notando indifferentemente per tutti i versi; le stille cadenti entreranno nel vaso sottoposto; e voi, gettando all’amico alcuna cosa, non più gagliardamente la dovete gettare verso quella parte che verso questa, quando le lontananze sieno eguali; e saltando voi, come si dice, a piè giunti, eguali spazii passerete verso tutte le parti. Osservate che avrete diligentemente tutte queste cose, benché niun dubbio ci sia che mentre il vassello sta fermo non debbano succeder così, fate muover la nave con quanta si voglia velocità; ché (pur che il moto sia uniforme e non fluttuante in qua e in là) voi non riconoscerete una minima mutazione in tutti li nominati effetti, né da alcuno di quelli potrete comprender se la nave cammina o pure sta ferma: voi saltando passerete nel tavolato i medesimi spazii che prima, né, perché la nave si muova velocissimamente, farete maggior salti verso poppa che verso prua, benché, nel tempo che voi state in aria, il tavolato sottopostovi scorra verso la parte contraria al vostro salto; e gettando alcuna cosa al compagno, non con più forza bisognerà tirarla, per arrivarlo, se egli sarà verso la prua e voi verso poppa, che se voi fuste situati per l’opposto; le gocciole cadranno come prima nel vaso inferiore, senza caderne pur una verso poppa, benché, mentre la gocciola è per aria, la nave scorra molti palmi; i pesci nella lor acqua non con più fatica noteranno verso la precedente che verso la sussequente parte del vaso, ma con pari agevolezza verranno al cibo posto su qualsivoglia luogo dell’orlo del vaso; e finalmente le farfalle e le mosche continueranno i lor voli indifferentemente verso tutte le parti, né mai accadrà che si riduchino verso la parete che riguarda la poppa, quasi che fussero stracche in tener dietro al veloce corso della nave, dalla quale per lungo tempo, trattenendosi per aria, saranno state separate; e se abbruciando alcuna lagrima d’incenso si farà un poco di fumo, vedrassi ascender in alto ed a guisa di nugoletta trattenervisi, e indifferentemente muoversi non più verso questa che quella parte. E di tutta questa corrispondenza d’effetti ne è cagione l’esser il moto della nave comune a tutte le cose contenute in essa ed all’aria ancora, che per ciò dissi io che si stesse sotto coverta.»
Lo scritto di Galileo Galilei oggi ci fa più sorridere che pensare, perché asserisce delle verità disarmanti conosciute da tutti, esperti e principianti. Però adesso vi chiedo perché queste verità non vengono affermate con forza quando ci propongono le spiegazioni relativiste?
Provate riflettere cercando una risposta coerente.

• Un’altra contraddizione: adesso vi espongo tre diversi esperimenti eseguiti sempre con due sorgenti luminose di 400 nanometri (infrarosse): il primo: poniamo le due sorgenti affiancate e lanciamo due raggi di luce paralleli tra loro, in questo caso i raggi di luce ipoteticamente, si vedranno tra di loro sempre uguali senza cambiamenti; il secondo: accostiamo le due sorgenti una di spalla all’altra, quando lanciamo i due raggi di luce questi in un secondo percorrano 300.000 km in direzioni opposte, quindi saranno distanti tra loro ben 600.000 km, in questo caso girandosi si vedranno come raggi flebili con una frequenza dimezzata di 200 nanometri; il terzo: eseguiamo l’esperimento con una sorgente una di fronte all’altra, quando i raggi s’incontreranno in questo caso vedranno una differenza sostanziale nella luce cioè vedranno l’altro raggio di luce che gli viene incontro molto energetico, con una frequenza doppia di 800 nanometri tendente all’ultravioletto, questo secondo Einstein è ininfluente perché la velocità della luce è rimasta sempre la stessa, perciò in questi esperimenti per i due raggi di luce è il loro tempo relativo che rallenta. Ma “forse” nella realtà la differenza c’è e si vede, il raggio acquisisce energia in virtù del moto aggiuntivo, senza intaccare il tempo che rimane una componente esterna all’esperimento.

Per questo dico anche per la luce vale la Relatività Galileiana lei incamera energia sotto un’altra forma mantenendo la velocità costante, questa può essere misurata (sommando o sottraendo) facilmente e con molta precisione proprio con uno spettrometro.
Avere un solo tempo di riferimento nell’Universo forse è impossibile, ma non dobbiamo mai fare l’errore di confondere il TEMPO (il Tempo assoluto), con il tempo che noi percepiamo di un evento, perché il tempo da noi misurato nell’evento anche se corretto è solo una visione personale quindi “parziale” non relativistico e può essere interpretato o visto diversamente da un altro osservatore, questi però rimangono semplici punti di vista, questo non giustifica la teoria della relatività per ipotizzare un rallentamento del TEMPO, quindi dobbiamo sapere che il nostro tempo è parziale ma corretto solo per noi che siamo l’osservatore, però quel tempo da noi misurato “Entra” perfettamente nel TEMPO Universale.
Riflessione:

• Per capire meglio il Tempo, noi lo potremmo paragonare per esempio al paesaggio della campagna Toscana, lui può essere visto da un numero infinito di angolazioni, da destra, da sinistra, dall’alto, dal basso da vicino o da lontano, all’osservatore darà sempre una visione diversa mai eguale però noi sappiamo molto bene che la campagna toscana quella reale o “assoluta” non ha mai subito modifiche, è solo la nostra visione ad essere solo parziale e non relativa, è la nostra visione a farci percepire questa diversità, ma questa percezione si rivelerà sempre infondata, perché il paesaggio nella sua interezza è sempre uguale rimanendo assoluto da tutte le angolazioni, però coincidendo sempre con tutte le nostre visioni parziali.