Categorie: Relatività
Tags: dilatazione dei tempi orologi atomici relatività generale scala millimetrica
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:4
Come misurare la RG su scala millimetrica **/***
Misurata la dilatazione dei tempi, dovuta alla curvatura dello spaziotempo, su scala millimetrica.
Il tempo non solo è tiranno, ma è anche molto relativo. Abbiamo appena parlato nuovamente del paradosso dei gemelli (o degli orologi, più correttamente) ed ecco che la relatività generale ci ricorda che lo spaziotempo, curvato da una massa, causa anch'esso alcuni seri problemi agli orologi.
Se consideriamo la Terra, possiamo essere sicuri (ed è stato ormai provato tantissime volte) che allontanandosi da lei il nostro orologio gira sempre più velocemente (di una quantità molto piccola dato che la Terra ha una massa abbastanza ridicola per il Cosmo). Lo stesso orologio, se portato vicino a Giove, che è decisamente più massiccio, girerebbe più lentamente che sulla Terra. In qualche modo, richiamando sempre la "biologia", se vivessimo su Giove invecchieremmo più lentamente (se visti da un terrestre), mentre se andassimo in cima al monte Everest capiterebbe il contrario.
Sono tutte cose che sappiamo bene dalla RG, ma che siamo soliti applicare nelle vicinanze dei corpi più massicci dell'Universo, dove questi effetti sono più facilmente verificabili (vicini a un buco nero, il tempo viene visto fermarsi). Tuttavia, la relatività generale lavora sempre allo stesso modo e ciò che capita per le cose più massicce capita anche per quelle più piccole. Dal macrocosmo al microcosmo, proprio quella parte di "realtà" che ancora ci sfugge e in cui non sappiamo ancora se la RG lavora oppure deve cedere il campo alla meccanica quantistica, senza speranza di connessione.
Come fare a scendere di scala, ad esempio da un buco nero al livello degli atomi? Teoricamente sarebbe facile... basterebbe misurare la velocità di rotazione degli orologi, per oggetti posti a distanza di pochi metri o, addirittura, di millimetri. Ovviamente, non si possono usare orologi "da polso", ma quelli atomici di ultima generazione. Nel 2010 si è arrivati a un limite che sembrava veramente eccezionale: è stato registrato l'effetto di dilatazione del tempo su una distanza di soli 33 cm.
Un successo clamoroso, senza dubbio, che fa però ridere rispetto all'ultimo esperimento che ha usato come orologi una colonna di atomi di stronzio di cui si sono lette le "vibrazioni" e quindi anche la velocità dei loro orologi "biologici". In tal modo si è giunti a un risultato veramente epocale: la RG è ancora pienamente valida fino a distanze di scala millimetrica. Ma il successo ha dimostrato che non ci vorrà molto per arrivare a livelli ancora più bassi, anche del micron.
In altre parole si sta aprendo la strada per riuscire a osservare in diretta se e quando la RG smetta di rimanere valida. E, forse, capire anche che tipo di interazione esiste tra le due "fisiche".
Mamma mia!... Evviva gli orologi!
Inserisco un breve filmato che, oltre che a sdrammatizzare allegramente la ricerca scientifica, spiega piuttosto bene tutta la faccenda..
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4 commenti
Approfitto di questo spunto per sintetizzare quello che ho capito sulla RG la gravità e sul tempo.
"C" è una costante, impropriamente defininta velocità della luce, "C" è la velocità a cui ogni cosa, particelle e radiazione em, si muove nel cosmo.
La velocità C, nel caso di particelle dotate di massa, è distribuita, prevalentemente lungo l'asse temporale e normalmente, minimamente lungo gli assi spaziali (yxz).
All'opposto, nel caso della radiazione em, troviamo che la velocità C è spostata tutta lungo gli assi spaziali, e nulla lungo l'asse temporale.
La redistribuzione della velocità C, fra assi spaziali e temporale, per le particelle dotate di massa, determina il diverso modo di scorrere del tempo, visto da un osservatore esterno.
In presenza di un campo gravitazione, dove lo spazio tempo è fortemente curvato verso il centro di massa del corpo, ad esempio una mela su un tavolo o attaccata al ramo di un albero, fa si che essa, la mela, acquisisca forza peso a causa del suo movimento, relativo, lungo l'asse curvo del tempo in direzione del centro di massa della terra.
Se si sposta la mela dal tavolo o la si taglia dal ramo dall'albero, la velocità della mela lungo l'asse del tempo gli da la spinta inziale per muoversi, anche, lungo gli assi dello spazio curvo, la velocità C viene cosi' redistribuità sugli assi spaziotemporali e la mela cade per terra, a questo punto la sua velocità torna a spostarsi nuovamente, in stato di quiete relativa, lungo l'asse temporale.
Sulle piccolissime distanze la curvatura dello spazio risulta essere difficilmente apprezzabile, perchè una curva su piccolissima scala è simile ad un segmento, invece il delta temporale, ossia la curvatura temporale è misurabile dagli attuali orologi atomici.
Questo è quello che ho capito, o molto più probabilmente, quello che non capito, della RG e della gravità.
Mi scuso per l'estrema semplificazione.
Grazie Professor Vincenzo.
caro Massimo,
in linea di massima quello che dici è giusto. Il pensare che tutto si muova solo nel tempo con velocità c (se sta fermo) è un modo simpatico per accostarsi a certi concetti. Tuttavia, diamogli il giusto peso... In fondo, la velocità è uno spazio diviso un tempo e se lo spazio è zero lo deve essere anche la velocità. In ogni modo, pensare che lo spaziotempo sia rappresentabile solo con le variazioni temporali dovute alla gravità viene seguito da molti. L'importante è capire che la matematica che lega energia e massa e il moto dei corpi può essere rappresentata in vari modi. E' questa è anche la grandezza della RG.
Certamente Professore, ho provato a pensare quadrimensionalmente, come diceva il Doc Brown in ritorno al futuro.
La velocità della mia mela ferma sul tavolo, non ha certamente velocità nello spazio tridimensionale, in termini relativi naturalmente, tuttavia la sua velocità nel tessuto spazio-tempo è di un secondo al secondo almeno finché rimane sul tavolo.
Riguardo alla gravità, ho letto di una diversa interpretazione da parte di alcuni suoi colleghi, ossia che l'espressione della curvatura dello spazio-tempo sarebbe solo apparente. Sarebbe lo spazio-tempo tempo stesso a muoversi, "aspirato" verso il centro di massa del corpo. Una sorta di tapirulan di trasporto con velocità asincrona che aumenta man mano che ci si avvicina al corpo. Le traiettorie dei corpi, contenute in questo spazio tempo "dinamico" sarebbero del tutto uguali a quelle di analogo classico spazio-tempo curvo.
Mi interessava sapere cosa ne pensava riguardo a questa interpretazione della gravità.
Grazie.
caro Massimo,
proprio per come è formulata la RG si presta a essere interpretata e descritta in modi diversi. Ognuno permette, forse, una comprensione migliore di certi aspetti. La teoria, però, rimane quella che è. Essa è espressa chiaramente dalle equazioni di Einstein in cui si dice molto chiaramente che è lo spazio che dice alla massa come muoversi, ma è anche la massa (energia) che dice allo spazio come deformarsi. Un serpente che si morde la coda, insomma... Le equazioni permettono, poi, di estrarre le ricadute più facilmente riconducibili al modo di pensare "normale". Ben vengano, ma senza voler passare da una possibilità di più semplice descrizione alla apparente modifica della teoria.