Uno spunto di riflessione

Quando si parla di relatività, di spazio-tempo, di deformazione spazio temporale e via dicendo si entra in un mondo descritto da formule di grande complessità e si perde spesso il filo del discorso. Purtroppo, per visualizzare ciò che capita realmente, la matematica è l’unica salvezza. Le parole tendono sempre più a confondere o a risolvere solo un lato del problema. Ad esempio, lo stesso concetto di spazio può essere descritto in vari modi, a seconda dello scopo che abbiamo in testa: ciò che contiene la materia; il luogo dove i corpi possono muoversi; l’insieme delle relazioni che legano la materia; ecc., ecc.

Sono tutte definizioni giuste, anche se estremamente particolari e legate al tipo di discorso che si sta facendo. Non posso certo risolvere in due righe questo problema. Analogamente lo spazio-tempo è spesso un concetto che sembra apparire ovvio e poi improvvisamente si complica e ci fa perdere del tutto il filo del discorso. Tutto va bene, ad esempio, se consideriamo il cono di luce. Molto meno quando scopriamo che non è altro che una delle tante rappresentazioni matematiche che può descriverlo.

Tuttavia, vi offro una relazione semplicissima che potrebbe farvi avvicinare un po’ alla volta alla problematica nel suo insieme. Una relazione che tutti conoscete e che usate quotidianamente. Vi sembrerà una cosa ovvia e banale, ma, pensandoci bene, il segreto di tutto è proprio lei.

Nella fisica classica esiste una relazione fondamentale, alla portata di tutti: la definizione di velocità. Essa è data dal rapporto tra lo spazio percorso e tempo impiegato a percorrerlo. La velocità, quindi, è la più semplice relazione possibile che lega lo spazio con il tempo. Essa però non pone nessun vincolo effettivo tra spazio e tempo. Posso farli variare a piacere e ottenere tutti i valori che voglio. In questo contesto, posso, quindi, considerare spazio e tempo come due grandezze del tutto indipendenti tra loro. Li posso manipolare uno alla volta e ottenere alla fine il valore corrispondente della velocità. Questa è la visione di Newton che va benissimo per un mondo alla portata dell’uomo e delle sue azioni quotidiane.

Se invece impongo un valore fisso alla massima velocità raggiungibile, creo immediatamente un legame indissolubile tra spazio e tempo. In altre parole, non posso cambiare lo spazio quanto voglio e fare lo stesso con il tempo. Potrei, infatti, trovare un valore superiore alla velocità della luce. La costanza della velocità della luce impone quindi che fissato uno spazio (o un tempo) il tempo debba variare in modo da non superare quel valore. Questo fatto cosa ci dice? Che per certi valori della velocità, molto prossimi a quelli della luce, una variazione dello spazio obbliga a far variare il tempo entro certi confini e viceversa. Ed ecco nascere le relazioni della dilatazione dei tempi e dell’accorciamento dello spazio e tutte le deformazioni susseguenti. E, riflettendoci un po’ sopra, anche il concetto di spazio e di universo a molte dimensioni. Sono tutte cose legate tra di loro.

In fondo, la teoria della relatività è tutta qui… o quasi…

Meditate gente, meditate…

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22 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Grazie Enzo, una spiegazione semplice così ci voleva proprio.

    Ma meditando, come tu ci hai consigliato, mi viene in mente una domanda:

    Se avvicinandosi alla velocita c il tempo varia rallentando progressivamente, non potrebbe accadere anche il contrario?

    Voglio dire questo, sperando non sia una stupidata. Se la luce attraversa uno spazio tempo variato dalla gravità e/o campo magnetico, non dovrebbe essa stessa a subire accelerazioni/decelerazioni?

    Grazie anticipate per la risposta.

  2. Citazione Originariamente Scritto da SANDRO Visualizza Messaggio
    Grazie Enzo, una spiegazione semplice così ci voleva proprio.

    Ma meditando, come tu ci hai consigliato, mi viene in mente una domanda:

    Se avvicinandosi alla velocita c il tempo varia rallentando progressivamente, non potrebbe accadere anche il contrario?

    Voglio dire questo, sperando non sia una stupidata. Se la luce attraversa uno spazio tempo variato dalla gravità e/o campo magnetico, non dovrebbe essa stessa a subire accelerazioni/decelerazioni?

    Grazie anticipate per la risposta.
    eh no... la velocità DEVE essere costante per definizione. La velocità della luce cambia solo se cambia il mezzo che attraversa (i fotoni vengono frenati da eventuale materia come succedeva subito dopo il Big Bang quando la densità era spaventosa). Il succo è proprio quello: la costanza di una quantità impone una variazione "controllata" delle grandezze che la definiscono. Se no addio alla teoria... che è poi verificata da mille e una esperienze.

  3. lo spazio-tempo cos'è? Ho letto articoli di alcuni ricercatori che ritengono che lo spazio e il tempo siano costituiti da particelle, è vero? Quando si parla di espansione dello spazio-tempo cosa si espandono veramente? Le particelle che costituiscono lo spazio-tempo?

  4. Citazione Originariamente Scritto da teto Visualizza Messaggio
    lo spazio-tempo cos'è? Ho letto articoli di alcuni ricercatori che ritengono che lo spazio e il tempo siano costituiti da particelle, è vero? Quando si parla di espansione dello spazio-tempo cosa si espandono veramente? Le particelle che costituiscono lo spazio-tempo?
    caro teto,
    ci sono vari modi per guardare la situazione. Io preferisco dire che lo spazio è l'insieme delle relazioni tra le particelle di materia. Se ci fosse una sola particella infinitesima (Big Bang) non ci sarebbe nè spazio nè tempo. Se ce ne fossero già due, lo spazio sarebbe l'insieme delle relazioni che le legano tra loro. Il nostro spaziotempo ha quattro dimensioni che permettono di descrivere tutte le possibili relazioni esistenti. Un altro universo potrebbe averne di più...
    Espansione di spazio vuol dire variazione delle relazioni esistenti tra particelle in quiete.

    Questa è una descrizione del tutto matematica e geometrica. Se, invece, vogliamo scendere nella fisica quantistica potremmo anche vedere lo spazio come un continuo di particelle che nascono e muiono. L'espansione dello spazio sarebbe un aumento di particelle che però non cambiarebbe la materia iniziale (materia=energia). Ma qui le cose si fanno più aleatorie...

  5. Citazione Originariamente Scritto da Vincenzo Zappalà Visualizza Messaggio
    caro teto,
    ci sono vari modi per guardare la situazione. Io preferisco dire che lo spazio è l'insieme delle relazioni tra le particelle di materia. Se ci fosse una sola particella infinitesima (Big Bang) non ci sarebbe nè spazio nè tempo. Se ce ne fossero già due, lo spazio sarebbe l'insieme delle relazioni che le legano tra loro. Il nostro spaziotempo ha quattro dimensioni che permettono di descrivere tutte le possibili relazioni esistenti. Un altro universo potrebbe averne di più...
    Espansione di spazio vuol dire variazione delle relazioni esistenti tra particelle in quiete.

    Questa è una descrizione del tutto matematica e geometrica. Se, invece, vogliamo scendere nella fisica quantistica potremmo anche vedere lo spazio come un continuo di particelle che nascono e muiono. L'espansione dello spazio sarebbe un aumento di particelle che però non cambiarebbe la materia iniziale (materia=energia). Ma qui le cose si fanno più aleatorie...
    Si infatti, meglio lasciare stare lo spazio-tempo da un punto di vista quantistico perchè si conosce ancora poco.

  6. Citazione Originariamente Scritto da Vincenzo Zappalà Visualizza Messaggio
    eh no... la velocità DEVE essere costante per definizione. La velocità della luce cambia solo se cambia il mezzo che attraversa (i fotoni vengono frenati da eventuale materia come succedeva subito dopo il Big Bang quando la densità era spaventosa). Il succo è proprio quello: la costanza di una quantità impone una variazione "controllata" delle grandezze che la definiscono. Se no addio alla teoria... che è poi verificata da mille e una esperienze.
    Se ho capito bene il dubbio di Sandro (che è poi quello che assilla anche me...) se "c" è costante per definizione o è veramente costante Come se nella relazione v=s/t potessimo sceglier per esempio di tenere costante t o s...

  7. Citazione Originariamente Scritto da Gaetano M. Visualizza Messaggio
    Se ho capito bene il dubbio di Sandro (che è poi quello che assilla anche me...) se "c" è costante per definizione o è veramente costante Come se nella relazione v=s/t potessimo sceglier per esempio di tenere costante t o s...
    cari ragazzi... è ovviamente impossibile spiegare in questo sito la relatività sia ristretta che quella generale. Tuttavia, posso limitarmi ai loro principi fondamentali che dovrebbero rispondere a tanti dubbi...

    1) le leggi fisiche si mantengono in tutti i sistemi di riferimento inerziali (e fin qui arrivava anche la relatività galileiana)
    2) la velocità della luce nel vuoto è la stessa in tutti i sistemi di riferimento inerziali, qualsiasi sia la velocità con cui si muovono (e questo è quello che fa nascere il vostro dubbio).

    la relatività generale aggiunge, in pratica, "solo" che la massa inerziale è uguale a quella gravitazionale, ossia l'accelerazione dovuta alla gravità non è distingubile da quella dovuta a una forza qualsiasi.

    Chi ha letto la "Fisica addormentata nel bosco" sa benissimo l'importanza di questa definizione (l'ho discussa a fondo). La massa inerziale è quella che compare nella formula F =ma, ossia la massa che si "oppone" al moto. Quella gravitazionale è invece legata alla forza gravitazionale in cui una massa attrae un altra massa, ossia è una massa che "stimola" il moto. Il fatto che esse siano uguali è il fondamento di tutta la teoria e viene anche chiamato principio di equivalenza. Ne riporto un disegnino molto indicativo...

    Allegato 2376

    Detto in parole povere, ovviamente...

  8. In principio, si può teorizzare, non ci fosse nessuna massa antecedente che attirò nessun altra, ma ben si solo l'inizio del tempo, e con esso tutto il proseguo. Come si potrebbe mai concepire, uno spazio indipendente dal tempo? Grazie per la riflessione ...

  9. Citazione Originariamente Scritto da gianniju Visualizza Messaggio
    In principio, si può teorizzare, non ci fosse nessuna massa antecedente che attirò nessun altra, ma ben si solo l'inizio del tempo, e con esso tutto il proseguo. Come si potrebbe mai concepire, uno spazio indipendente dal tempo? Grazie per la riflessione ...
    un picccolo appunto che può aiutare... non è possibile parlare di "massa antecedente" per due motivi: 1) una "massa" occupa spazio ma lo spazio non c'era; 2) "antecedente" implica un "prima", ma non può esistere un prima dato che non esisteva il tempo.
    Un altro modo per capire il concetto di particella infinitesima di massa nulla al momento del Big Bang (tempo = 0)