Il tempo assoluto non esiste perché le masse lo curvano

In relatività generale non esistono più lo spazio e il tempo, esistono stelle, asteroidi, persone ed oggetti che interagiscono con lo spaziotempo

Il tempo assoluto tanto caro a Newton e che ci sembra tanto naturale non esiste. Le teorie della relatività, ristretta prima e generale poi, ci hanno insegnato, teoricamente prima e a suon di esperimenti poi, che il tempo corre in maniera totalmente diversa a seconda di dove mi trovo, di come mi muovo, e di cosa c’è intorno a me. Al mare scorre più lentamente che in montagna e addirittura si fermerebbe se riuscissi a raggiungere e “cavalcare” un buco nero (leggi qui e qui).

Soffermiamoci un po’ di più su questo punto: che cosa vuol dire che il tempo scorre diversamente a seconda di dove sono, di come mi muovo e di cosa succede attorno a me? Vuol dire che l’intervallo temporale tra due eventi è diverso a seconda di dove sono, di come mi muovo e di cosa succede attorno a me tra quei due stessi eventi. Se durante una gara di velocità tra lumache, noi rimaniamo a sonnecchiare a bordo pista fino alla fine, mentre tu, stufo di aspettare, ti fai un giro in macchina nei monti vicini per tornare solo allo “sprint finale”, l’intervallo temporale tra l’inizio e la fine della gara sarà diverso per noi e per te. Il nostro intervallo temporale sarà minore del tuo, ovvero per noi sarà passato meno tempo e tu sarai invecchiato di più. La lumaca sulla quale avevamo puntato tutto potrebbe aver battuto il record della pista per noi, ma non per te. L’unità di tempo, il secondo, per una persona sulla Terra non è un secondo per una persona sulla stazione spaziale internazionale. Il metro temporale, quindi, non è unico e si modifica in maniera dinamica a seconda di quanto vicino io sia ad una massa, di quanto veloce mi muova e di come masse ed energia si muovono attorno a me. Questo è la grande rivoluzione sull’idea di tempo cominciata un secolo fa.

E lo spazio? Beh lo sappiamo: la relatività generale ci dice che una grande massa lo curva. È anche facile da capire e da immaginare, basta mettere un peso su di un tappeto elastico ed ecco che quest’ultimo si curva. Muovo quella massa, o ne aggiungo un’altra facendole danzare una intorno alla prima, ed ecco che la curvatura del tappeto cambia continuamente, anche producendo onde (l’equivalente delle onde gravitazionali). Le cose in realtà non sono poi così semplici. L’esempio del tappeto ha infatti i suoi grandi meriti per aiutarci a visualizzare la curvatura dello spazio, ma bisogna stare attenti: lo spazio tridimensionale infatti si curva senza andare ad occupare una quarta dimensione spaziale (che fino a prova contraria non esiste) come invece fa il tappeto bidimensionale invadendo la terza dimensione. In termini tecnici lo spazio si curva intrinsecamente e non estrinsecamente. Non entriamo in ulteriori dettagli perché proprio sulla curvatura dello spazio è interamente dedicato il nostro precedente articolo (leggi qui).

Ricapitoliamo: la relatività generale ha preso il tempo e lo spazio assoluti newtoniani che tanto ci piacciono e ci sembrano intuitivi, e li ha resi concetti fluidi, cangevoli e apparentemente controintuitivi. Sotto l’effetto di grandi masse ed energie lo spazio viene curvato (con le dovute accortezze di cui sopra), e il metro temporale perde la sua unicità, dilatandosi e restringendosi. Bene. Più o meno chiaro? Ottimo, allora riconfondiamoci le idee.

Avrete sicuramente sentito dire, infatti, che nella rivoluzione einsteiniana dell’inizio del secolo scorso spazio e tempo smettono di essere entità distinte. Essi si fondono a formare lo spaziotempo, il tessuto quadridimensionale che, modificandosi sotto la presenza di masse ed energia, produce quello che noi chiamiamo attrazione gravitazionale. Abbiamo visto infatti che il tempo si modifica a seconda di dove sono nello spazio, così come lo spazio si modifica dinamicamente nel tempo, rendendo i due totalmente interconnessi e sullo stesso piano. In relatività generale non esistono più lo spazio e il tempo, esistono stelle, asteroidi, persone ed oggetti che interagiscono con lo spaziotempo, si muovono nello spaziotempo, modificano lo spaziotempo, e vengono tirati e strattonati dallo spaziotempo.

Se quindi spazio e tempo sono così interconnessi, come è possibile che il loro modificarsi a causa della presenza di grandi masse sia così diverso?

La risposta è che modifiche nella curvatura intrinseca e modifiche del metro sono in realtà due facce della stessa medaglia. Così come spazio e tempo sono entità inscindibili, così lo sono il metro temporale e quello spaziale: assieme formano il metro spazio-temporale. Più precisamente, formano l’oggetto fisico fondamentale del quale la relatività generale descrive la dinamica, ovvero la metrica spazio-temporale che definisce le distanze (spaziali e temporali) tra due eventi. Ricordate che a scuola vi hanno insegnato che la distanza tra due punti di coordinate (x1,y1,z1) e (x2,y2,z2) nello spazio è √[(x1 - x2)² + (y1 - y2)² + (z1 - z2)²]? Questa è la distanza definita dalla comune metrica euclidea. Se cambia la metrica cambiano le distanze tra i due punti con le stesse coordinate. Se ci aggiungo la dimensione temporale, ecco che avrò ottenuto una metrica spazio-temporale in grado di definirmi distanze spazio-temporali. Il punto è che matematicamente la curvatura intrinseca è totalmente determinata dalla metrica. Se cambia la metrica cambia la curvatura, e se la curvatura cambia, allora vuol dire che è cambiata la metrica. Quello che abbiamo capito quindi è che la relatività generale dice che l'effetto della presenza e del moto di masse ed energia sullo spaziotempo è quello di cambiare dinamicamente la metrica spaziotemporale. E questo implica che lo spaziotempo si curva, nel senso che la curvatura intrinseca del tessuto quadridimensionale cambia di conseguenza.

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Commenti
Ritratto di diplomatico

diplomatico

Lun, 26/10/2020 - 10:22

Ho una curiosità: lo spazio-tempo, in presenza di grandi campi gravitazionali, viene curvato e il tempo rallentato. Estremizzando il concetto, si può supporre che una massa virtualmente INFINITA sia in grado di fermare il tempo? E d'altra parte, come scorrerebbe il tempo in un campo gravitazionale virtualmente NULLO, come potrebbe per esempio essere in una regione di spazio profondo lontanissimo da qualunque corpo celeste, praticamente vuoto? Sarebbe "infinitamente" più veloce del tempo sulla Terra, o lo sarebbe in quantità misurabile? (es.: 100 volte più veloce?).

Ritratto di Zizzigo

Zizzigo

Lun, 26/10/2020 - 11:55

E quand'è che scopriranno che siamo immersi in un quid, che non riusciamo a percepire, ma che governa anche la gravità? E se...

tremendo2

Lun, 26/10/2020 - 16:13

Grande scoperta! Non esiste il tempo assoluto semplicemente perché è una categoria mentale, come non esiste la grandezza, ma cose che sono grandi secondo noi, non esiste la lentezza, ma cose che sono lente per noi, ecc. ecc. Similmente non esiste lo spazio in assoluto. Noi abbiamo lo spazio quando poniamo due cose e le mettiamo in rapporto tra loro. Inoltre ci sono percepiti che non sono rapportati allo spazio e sono i sentimenti per i quali posso indicare il tempo, ma non lo spazio perché non sono da qualche parte. E poi ci sono costrutti mentali che non sono legati né al tempo né allo spazio come oggetto, verità, infinito, dimensione, ecc., ma sono il frutto di operazioni mentali. La scienza per esempio non esiste da qualche parte, ma solo nella nostra mente. Gli scienziati dovrebbero essere consapevoli delle loro operazioni mentali quando fanno delle affermazioni.

ersteller

Mer, 28/10/2020 - 10:18

Tremendo, TEMPO è categoria mentale, ma i TIC TAC di un orologio si CONTANO. Diciamo che due orologi identici TIC1 e TIC2 vicini per 100 giorni contano ciascuno 100'000 TIC TAC; se restassero vicini per 200 giorni conterebbero ciascuno 200'000 TIC TAC. Ma io al giorno 101 porto TIC2 in montagna, dove lo lascio per 100 giorni e poi lo riporto vicino a TIC1. Verifico che TIC1 riporta, come atteso, 200'000 TIC TAC mentre TIC2 ne segna 210'000; da quel momento in poi ricominciano ad andare d'accordo: dopo altri 100 giorni TIC1 segnerà 300'000 TIC TAC mentre TIC2 ne segnerà 310'000. Non c'è categoria mentale che possa giustificare questa differenza di NUMERI, ma le equazioni di Einstein la spiegano. PUNTO.

ersteller

Mer, 28/10/2020 - 10:44

Diplomatico, in mancanza di un campo gravitazionale il tempo (precisiamo: il TIC TAC di un orologio) viaggia ad un certo ritmo, NON infinitamente veloce. Vicino ad una massa i TIC TAC si diradano e in questo senso il tempo rallenta (e invecchiamo più lentamente, considerando il TIC TAC del nostro battito cardiaco. OCCHIO: noi non ce ne accorgeremmo. Solo tornando da un nostro amico rimasto sempre lontano dal campo gravitazionale vedremmo una differenza di età). Ai 'bordi' di un buco nero un osservatore ESTERNO vedrebbe l'orologio FERMO, 'fotografato' in un eterno TIC, mentre la realtà dell'orologio sarebbe quella di finire dentro al buco nero in un tempo per lui finito e molto breve, prima della sua assai probabile distruzione...

tremendo2

Mar, 03/11/2020 - 10:14

@ersteller. facciamo questo esperimento. Vedo un albero e dico che è alto. Poi vedo una persona e dico che è alta. Sono tutte e due alte no? Però non hanno la stessa altezza. Lo sa perché? Perché l'altezza è una categoria mentale, non è un oggetto, esiste solo nella nostra mente, e così il tempo e lo spazio, non solo assoluti. Quindi il titolo è sbagliato. Il tempo assoluto non esiste non perché le masse lo curvano, ma perché sono categorie mentali. Invece dei ragiona cose se il tempo e lo spazio fossero dei dati oggettivi. A volte mi chiedo: perché gli scienziati non sono e non vogliono essere consapevoli del loro operare mentale?

ersteller

Mer, 04/11/2020 - 10:22

Tremendo, il TEMPO nell'accezione scientifica, almeno dal 1905 in poi, NON È una categoria mentale! È DEFINITO (*DEFINITO*, chiaro?) dal conteggio dei TIC TAC di un orologio. Il cosiddetto TEMPO ASSOLUTO, alla Newton, è quello per cui due orologi identici segnano lo stesso numero di tic tac sempre, indipendentemente dal loro stato di moto relativo e/o dalla presenza di campi gravitazionali. Risulta invece che il numero di tic tac NON È lo stesso se i due orologi si muovono uno rispetto all'altro o se uno dei due è soggetto a campi gravitazionali. In questo senso ASSAI SPECIFICO il tempo assoluto non esiste. Perché lei non si degna di considerare la BANALE *definizione* di TEMPO data sopra ed il BANALE *conteggio* dei tic tac? Non ci sono categorie mentali a intralciare la considerazione che 3'400'000 è diverso da 3'400'017, entrambi numeri GRANDI (questa sì, categoria mentale) ma DIVERSI.