La prova con le persone
Riconosciamo tutti la formula E=mc2 perché l’abbiamo vista almeno una volta su una maglietta,una pubblicità o un manifesto. Ho fatto una prova mostrandola e chiedendo cosa è, una persona su due, l’ha riconosciuta come “qualcosa della relatività” oppure “quella cosa che ha fatto Einstein“. Ma quando ho fatto la seconda domanda, ossia cosa significa, quasi tutti annaspano. Solo chi ha fatto Fisica all’università mi ha detto qualcosa di sensato.
Come si può spiegare a tutti? È il concetto meno intuitivo che si possa immaginare che si può spiegare in questo modo semplice:
è la teoria che spiega come mai un orologio in movimento segna il tempo più lentamente di un orologio che è fermo
Chiaro no? Se prendiamo due orologi che segnano la stessa ora, uno lo lasciamo fermo sul tavolo ed il secondo lo facciamo viaggiare a velocità folle. Quando li rimettieremo insieme quello che ha viaggiato sarà indietro rispetto a quello che è rimasto fermo. Il concetto è tutto meno che intuibile e può stupire, lasciare increduli, ma è comprensibile.
Ovviamente questa spiegazione non è verificabile in modo semplice perché per avere una differenza significativa del tempo misurato dai due orologi quello in movimento si deve muovere a velocità molto elevate. Più la sua velocità è vicina a quella della luce e più questo fenomeno è percepibile.
Il tempo vissuto da noi
Tanto per dare un’idea di quanto è veloce (o lenta), la luce del Sole per arrivare sulla Terra ci mette circa 8 minuti. Ma questi 8 minuti sono quelli che misuriamo noi. Immaginiamoci seduti in una stazione ferroviaria e cronometriamo il tempo che ci mette un treno a passare a tutta velocità. Da quando entra in stazione a quando esce diciamo che misuriamo 15 secondi. Se la stessa misura la fa un viaggiatore che sta sul treno di certo misurerà anche lui 15 secondi. Questo perché il treno ha una velocità che non ha nulla a che vedere con quella della luce.
La luce è un treno
Ma cosa è la luce? Immaginiamo che la stazione diventi una postazione da fantascienza dove l’inizio è il Sole, la fine è la Terra e i treni che passano sono la luce. Noi siamo sempre seduti a misurare, sappiamo che il nostro treno-luce passa in circa otto minuti. Ora la domanda che si fanno gli scienziati è
Il viaggiatore sul treno-luce cosa prova? Come scorre il tempo per lui?
La fisica è una scienza sperimentale che cerca sempre di osservare o verificare le sue teorie nel mondo reale facendo, appunto, degli esperimenti. Ma per rispondere a questa domanda si dovrebbe attaccare ad un fotone del raggio di luce un orologio! Purtroppo è impossibile legare un oggetto dotato di massa con uno che massa non ne ha e farli viaggiare alla velocità della luce.
Le particelle tristi
Non essere in grado di effettuare esperimenti non ci impedisce di fare delle considerazioni teoriche. La micidiale (dico così perché tutti la conoscono ma nessuna sa dire cos’è) teoria di Einstein è applicabile a tutte le cose che si muovono con velocità che va da zero fino alla velocità della luce, a questa velocità non vale più. Quindi la formula della maglietta non si applica per la luce stessa.
Ma possiamo fare qualche esperimento se andiamo di poco al di sotto della velocità della luce? Riusciamo ad usare un orologio e lanciarlo al 90% della velocità della luce? In effetti si. Se state immaginando una pendola lanciata nello spazio site fuori strada. Però gli scienziati conoscono e sanno maneggiare delle piccole particelle, dotate di massa, che ci possono aiutare. Queste particelle hanno un nome simpatico si chiamano Pioni. Hanno una caratteristica triste, ma che le rende interessanti: tutte, inesorabilmente, dopo essere “nate” hanno una vita fissa di 0,000000028 secondi.Gli scienziati dicono che decadono dopo 0,000000028 secondi.
Questo significa che sono un ottimo e preciso orologio. La loro vita è sempre uguale, non ci dilunghiamo su come lo hanno scoperto, ma dal punto di vista del pione quello è il tempo che vede trascorrere nella sua esistenza. Ora, se un pione andasse alla velocità della luce per tutta la sua vita, riuscirebbe a percorrere 8,4 metri per poi decadere.
Abbiamo detto che gli scienziati non riescono a fare esperimenti con delle masse alla velocità della luce e nemmeno il pione si sottrae a questa regola. Però che succederebbe se lo si riuscisse a sparare al 90% della velocità della luce? E al 99,99%? Questo gli scienziati sono riusciti a farlo!
Riassumiamo: per avere una risposta, o almeno un’ipotesi plausibile, alla domanda del treno-luce si prende un pione e lo si spara al 99,99% della velocità della luce. Lui con il suo orologio interno muore comunque dopo quella infinitesima frazione di secondo. Se tutti gli orologi girassero nello stesso modo noi, da fuori dovremmo misurare 8,4 metri di distanza percorsa salla simpatica particella.
Invece gli scienziati hanno misurato 600 metri. Questo può accadere solo se il pione alla velocità della luce percepisca il tempo in modo differente. Per essere precisi perché sia vero quello che gli scienziati vedono, ossia che la nostra particella ha viaggiato per 600 metri, il pione dovrebbe aver vissuto molto più a lungo!
I risultati? Nessun tempo nessuno spazio
Nella realtà gli scienziato sono riusciti a sparare particelle al 99,9999999987% della velocità della luce. In queste condizioni le formule di Einstein funzionano perfettamente, solo che le misurazioni ci dicono che le particelle “vivono” un tempo rallentato rispetto al nostro di 200.000 volte.
Visto che le particelle non possono andare più veloci della luce, questi risultati ci fanno concludere che alla velocità della luce il tempo si ferma. L’universo, dal punto di vista della particella che corre, non ha più il tempo e non solo. Infatti la teoria della relatività ci dice anche che lo spazio cambia viaggiando alla velocità della luce. Di fatto dal nostro punto di vista un raggio di luce impiega 8 minuti dal Sole alla Terra, dal punto di vista della luce non c’è tempo ne distanza.
La teoria della relatività di sicuro non è intuitiva. Le sue conclusioni o predizioni sono del tutto bizzarre, ma la più strana è proprio questa: se la luce, la stessa che vediamo viaggiare tra le stelle o tra le nostre mura domestiche, ci potesse raccontare la sua esperienza dell’universo, ci racconterebbe di un posto senza tempo e senza spazio. Che è lo stesso dove noi viviamo nel tempo e misuriamo gli spazi.
Questa conclusione sembra folle, ma dovrebbe servire come spunto di riflessione e bagno di umiltà nell’accostarci alla natura in cui viviamo.
