Uno strano tempo

Il tessuto dello spaziotempo è quadridimensionale, con tre per lo spazio e solo una per il tempo. Ma il tempo è sicuramente diverso dallo spazio

Indice 

1 Come funziona il tempo

2 La velocità della luce

3 Perché se ci si avvicina alla velocità della luce il tempo rallenta

Se chiedi a qualcuno di disegnare un percorso che descriva la distanza più breve tra due punti qualsiasi, la maggior parte di noi darà la stessa risposta che diede Archimede più di 2.000 anni fa: una linea retta. Se prendi un foglio di carta piatto e ci metti due punti, puoi collegare quei due punti con qualsiasi linea, curva o percorso geometrico tu possa immaginare. Finché il foglio rimane piatto, non curvo e non piegato in alcun modo, la linea retta che collega quei due punti rappresenterà in definitiva il percorso più breve possibile.

Tuttavia, il nostro Universo non possiede semplicemente le tre dimensioni dello spazio, bensì quattro dimensioni spaziotemporali. È facile dire: “Beh, tre di queste sono spazio e una di queste è tempo, ed è da lì che otteniamo lo spaziotempo”, ed è vero, ma non è tutta la storia. Dopotutto, la distanza più breve tra due eventi spaziotemporali non è affatto una linea retta e, inoltre, il tempo è un tipo di dimensione fondamentalmente diverso dallo spazio. Ecco come funziona.

Come funziona il tempo

Nel nostro Universo, naturalmente, molte di queste cose non sono universalmente vere. Ad esempio, non siamo limitati a vivere in uno spazio piatto, come un foglio di carta. Viviamo su una Terra sferoidale. Non abbiamo solo le dimensioni di lunghezza e larghezza nel nostro Universo, ma anche la profondità. Ora proviamo ad aggiungere anche il tempo. Invece di quattro dimensioni dello spazio, il fatto che abbiamo tre dimensioni dello spazio e una dimensione del tempo ci impone di guardare il tutto in modo diverso. Nonostante ciò che il tuo intuito potrebbe averti detto, il tempo non è “solo un’altra dimensione” nel modo in cui intendi le dimensioni spaziali.

Non puoi mettere lo spazio (che è una misura della distanza) e il tempo (che è una misura di, beh, tempo, con unità come secondi o anni) sullo stesso piano l’uno dell’altro. Devi avere un modo per convertire uno di loro sullo stesso piano dell’altro, altrimenti staresti tentando di collegare insieme due tipi di quantità fondamentalmente diversi. Ti arrabbieresti molto se mi chiedessi la distanza da Roma a Milano e ti dicessi che è di 13 millisecondi, no?

La velocità della luce

Fortunatamente, una delle grandi rivelazioni della teoria della relatività di Einstein è stata che esiste un’importante, fondamentale connessione tra distanza e tempo: la velocità della luce. Qualsiasi particella o fenomeno che viaggia attraverso l’Universo senza una massa a riposo si muove a questa velocità, inclusi fotoni, gluoni e onde gravitazionali.

La velocità della luce nel vuoto, 299.792.458 metri al secondo, ci dice esattamente come mettere in relazione il nostro moto nello spazio con il nostro moto nel tempo: tramite quella costante. Quando usiamo termini come “un anno luce” o “un secondo luce”, stiamo parlando di distanze in termini di tempo: la quantità di distanza che la luce percorre in un anno (o un secondo), ad esempio. Se vogliamo convertire il “tempo” in una distanza, il modo per farlo è moltiplicare la durata per la velocità della luce nel vuoto.

Tuttavia, e questo è il punto chiave, il movimento nello spazio non è solo possibile, ma avviene in continuazione. Si scopre che più velocemente (e di più) ci si muove nello spazio, più lentamente (e di meno) ci si muove nel tempo. Nessun’altra dimensione ha questa proprietà. Questo è il motivo per cui, quando ci si muove a velocità prossime a quella della luce, si cominciano a sperimentare fenomeni come la dilatazione del tempo e la contrazione delle lunghezze: aspetti della realtà che sono essenziali per la relatività di Einstein. Se ci si muove solo a velocità molto basse rispetto alla velocità della luce, è molto difficile notare questi effetti; il tempo sembra muoversi a un secondo al secondo per tutti e le lunghezze sembrano essere della stessa distanza per tutti a velocità normalmente raggiungibili sulla Terra.

La ragione dietro questi fenomeni, come intuito per la prima volta da Einstein, era semplice: è perché la velocità della luce è una quantità veramente, universalmente invariante. In altre parole, la velocità della luce nel vuoto è identica per tutti gli osservatori. Se immagini che un orologio sia definito dalla luce che rimbalza avanti e indietro tra due specchi, allora guardare l’orologio di qualcun altro mentre si avvicina alla velocità della luce porterà inevitabilmente al fatto che il suo orologio funziona più lentamente del tuo, anche se entrambi percepite il “tempo” come se scorresse a quella velocità di un secondo al secondo dai vostri singoli sistemi di riferimento.

Pasquale D'Anna