La dilatazione del tempo alle alte velocità (relatività speciale)
L’accorciamento delle lunghezze nella direzione del moto, secondo le leggi di Lorentz per la trasformazione da un sistema inerziale ad un altro, è definito da:
(dove
= lunghezza nella direzione del moto del mezzo in movimento misurato da un sistema inerziale diverso in relativa quiete;
= lunghezza nella direzione del moto del mezzo in movimento misurato da un osservatore appartenente allo stesso sistema inerziale del mezzo in movimento;
= velocità relativa tra i due sistemi inerziali;
= velocità della luce). Questo fenomeno non è ben evidenziato dalla maggioranza degli autori, per cui può apparire erroneamente come una compressione della materia (nei laboratori che trattano le particelle elementari, si è constatato che le particelle stesse si espandono quando si fornisce loro energia per aumentarne la velocità). La formula suddetta di Lorentz indica solamente una riduzione dell’immagine e indica come un oggetto che si muove a velocità elevata si presenterebbe ad un osservatore posto su un sistema inerziale diverso da quello al quale appartiene l’oggetto. La riduzione in lunghezza dell’immagine è dovuta ai tempi di trasferimento dell’immagine stessa (velocità della luce). L’ombra di un oggetto che si muove alla velocità della luce in senso trasversale non si forma. Questo fenomeno, poichè è relativo alla differenza di velocità nei due sistemi inerziali, è reciproco, vale a dire che anche l’osservatore posto sul sistema veloce ha la stessa percezione di ciò che vede relativamente fermo. La reciprocità indica che quanto descritto è perfettamente in linea con la teoria della relatività speciale. Per quanto riguarda invece il rallentamento del tempo definito dalla formula
(
= tempo misurato sul mezzo in movimento;
= tempo misurato sul sistema inerziale ritenuto in quiete relativa), la reciprocità manca. La teoria dice che solamente l’orologio che si muove a velocità elevata rispetto ad un altro orologio subisce il rallentamento. Perchè l’orologio di confronto considerato stazionante non subisce lo stesso rallentamento? Ciò sembra necessario per soddisfare le condizioni di relatività come nel caso dell’accorciamento delle lunghezze. Alcuni autori giustificano questo fatto affermando che l’orologio in movimento non appartiene ad un sistema inerziale ma ad un sistema accelerato. Se questa fosse la ragione, un viaggio nello spazio non darebbe ritardi in funzione dei tempi di permanenza,ma solamente in funzione dei tempi di accelerazione. Molto spesso per esemplificare questo fenomeno, viene citato il caso dei due gemelli. Il gemello che torna sulla terra dopo vari anni terrestri trova il gemello rimasto sulla terra molto più invecchiato di lui stesso.
Nei casi di verifica sul rallentamento o dilatazione del tempo alle alte velocità, si sono verificati ritardi di miliardesimi di secondo. È da notare che, secondo il principio di equivalenza, la frequenza di rotazione degli elettroni nell’atomo è influenzata sia dal campo gravitazionale che dal campo di accelerazione, maggiore è la intensità del campo minore è la frequenza (gli orologi atomici possono risentire di ciò). Anche la verifica fatta sui muoni che riescono a raggiungere la superficie della terra dopo essere stati generati dalla collisione di raggi cosmici con le particelle dell’atmosfera non può essere ritenuta determinante per stabilire che la loro vita brevissima sia allungata per effetto dell’alta velocità in quanto quelli che raggiungono la terra potrebbero essere generati da collisioni nelle vicinanze del suolo. Ed è pure da considerare che la vita dei muoni misurata in:
secondi, è la media, non si può quindi escludere che alcuni possano avere vita più lunga. Se si collocano alcuni orologi al polo, dove la velocità di rotazione della terra è prossima allo zero, ed altri all’equatore dove la velocità di rotazione è di circa 1600 km/ora, si può osservare che quelli posti all’equatore rallentano rispetto a quelli posti al polo, ciò potrebbe far pensare alla validità della teoria della relatività, ma non dobbiamo dimenticare quanto già esposto, e cioè che sia la velocità che la variazione di direzione (equivalente ad accelerazione) incidono significativamente sulla velocità di rotazione degli elettroni nelle loro orbite. Gli orologi atomici non possono non essere influenzati da ciò, ne consegue che il fenomeno è provocato dal rallentamento degli orologi e non dalla dilatazione del tempo. Possiamo aggiungere che l’esemplificazione sopra citata dei due gemelli non può avere alcun riscontro ed è da ritenersi pura fantascienza. La velocità di rotazione degli elettroni attorno al nucleo è influenzata, oltre che da quanto già evidenziato, anche dall’eventuale campo magnetico, per cui si puo’ fare la verifica a questa teoria mantenendo l’orologio relativamente fermo ed immerso in un campo magnetico in movimento. Si avrà cosi lo stesso rallentamento dell’orologio, come se fosse esso stesso a muoversi. Lino Campi.
