La concezione del tempo

[icestorm82]

Ciao a tutti! Stamattina ho trovato su internet un articolo molto semplice, ma alquanto affascinante, che spiega la relazione tra velocità della luce e tempo. Ne consiglio la lettura a tutti coloro che non masticano molto di fisica/astrofisica visto che i concetti vengono spiegati attraverso alcuni esempi immediati.

Se ci troviamo in macchina in autostrada, viaggiando per esempio alla velocità di 100 km/h, e veniamo sorpassati da un’altra automobile, che si muove per esempio a 120 km/h, calcoliamo subito che rispetto a noi la velocità della macchina che ci ha sorpassato è (120-100) km/h=20 km/h e che dopo un’ora questa macchina si troverà a 20 km da noi. Se stiamo salendo su una scala mobile, è esperienza comune che se camminiamo arriviamo prima in cima. Orbene, alla velocità della luce tutto ciò non è più vero!

Se ipoteticamente avessimo a disposizione una macchina che si muovesse alla velocità di, diciamo,150.000 km/s e rincorressimo un raggio di luce, quest’ultimo si allontanerebbe da noi sempre alla stessa velocità, ossia a 300.000 km/s, cioè dopo un secondo il raggio di luce si troverebbe da noi sempre a 300.000 km, nonostante noi lo stiamo rincorrendo! Ancora, se esistesse una scala mobile molto speciale che andasse alla velocità della luce, ci troveremmo di fronte a questa situazione molto bizzarra: si arriverebbe in cima nello stesso istante sia stando fermi sia camminando!
La spiegazione di queste ‘stranezze’ deriva dal fatto che la velocità della luce è la massima possibile, cioè non può esistere un oggetto che si muova più velocemente della luce.

Per muovere un corpo bisogna imprimergli energia, tanto maggiore quanto più velocemente il corpo si muove: si calcola che alla velocità della luce l’energia fornita al corpo diventa infinita, per cui il corpo non può andare più veloce, perché avrebbe bisogno di altra energia, che non ha a disposizione. La velocità della luce è la massima possibile per un fatto di natura; è la natura che ha imposto questa condizione e noi non possiamo far altro che prenderne atto e accettarne le conseguenze.
Ma che c’entra la velocità della luce con il tempo?

La velocità è una grandezza fisica che è strettamente connessa con il tempo; è definita infatti come il rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato a percorrerlo. Se fissiamo una distanza, per esempio 160 km, sappiamo che muovendoci alla velocità di 80 km/h la percorreremmo in 2 ore, mentre muovendoci a 40 km/h in 4 ore. Come si vede, variando la velocità varia anche il tempo. Vediamo che succede se fissiamo invece la velocità, per esempio a 100 km/h. In questo caso, se varia la distanza deve variare anche il tempo: 200 km saranno percorsi in 2 ore, 300 km in 3 ore, 450 km in 4 ore e mezza, e così via. Einstein nel 1905 si basò proprio su questo ragionamento.
Egli pose fine a una serie di dibattiti e tentativi infruttosi di spiegare l’esperimento di Michelson e Morley, che nel frattempo era stato ripetuto sempre con lo stesso risultato, prendendo questa posizione: accettiamo i risultati dell’esperimento, disse, e vediamo quali sono le conseguenze. Ragionò così: se la luce si allontana con la stessa velocità da più persone, qualcuna ferma, qualcun’altra in moto verso di essa o nel verso opposto, allora il tempo di tutte queste persone non può essere lo stesso. Einstein disse: se dopo un secondo la luce si trova a 300.000 km da una persona che è rimasta ferma e anche da una persona che le è andata incontro, anche muovendosi molto velocemente, allora per la persona in movimento non è passato un secondo, ma meno!


Questa teoria strana, cioè il fatto che gli orologi vengono rallentati dal movimento (non nel senso che il movimento danneggia il meccanismo di funzionamento!) ha naturalmente trovato molti oppositori, perché non si concilia con le nostre esperienze quotidiane. I nostri orologi non sono infatti in grado di valutare le piccolissime differenze di tempo che si verificano alle nostre piccole velocità. Negli anni Settanta la teoria è stata però provata, utilizzando orologi atomici (un tipo è mostrato nell’immagine in alto a destra), i più precisi a nostra disposizione (in grado di misurare anche miliardesimi di secondo), e aerei velocissimi. Due orologi atomici sono stati posti a terra, mentre altri due sono stati messi a bordo degli aerei e fatti viaggiare per un po’: al ritorno, gli orologi in movimento segnavano qualche miliardesimo di secondo in meno rispetto a quelli fermi. Era la prova che il tempo scorre meno per chi si muove! Se fossimo in grado di costruire astronavi che si muovano a velocità prossime a quella della luce, sperimenteremmo effetti per noi strani. Il più famoso è il cosiddetto ‘paradosso dei gemelli’: un gemello che torni dopo essere stato in viaggio per diversi anni su un’astronave troverà al suo ritorno il gemello rimasto sulla Terra invecchiato rispetto a lui, tanto più quanto più velocemente egli si è mosso (potrebbe trovare il gemello invecchiato di anni oppure, per velocità elevatissime, vicinissime a quella della luce, potrebbe trovare generazioni successive). Facciamo un esempio numerico: alla velocità di 260.000 km/s il gemello sulla Terra al ritorno sarà invecchiato il doppio di quello in moto, per cui se alla partenza i due gemelli avevano 30 anni, dopo un viaggio di 20 anni il gemello in moto avrà 50 anni e quello fermo 70.

La situazione è apparentemente contraddittoria (è per questo che si parla di paradosso): infatti, al suo ritorno il gemello in viaggio sarebbe meno vecchio dell'altro, mentre, essendo l'allontanamento relativo (quindi i due gemelli indistinguibili), la stessa cosa dovrebbe accadere all'altro gemello! Il paradosso è risolto considerando che, per partire e tornare sulla Terra, il gemello in moto deve necessariamente subire delle accelerazioni (inversione della velocità), i cui effetti lo distinguono dal gemello fermo.
In conclusione, l’idea di un tempo assoluto, cioè esterno e indipendente dai fenomeni che avvengono nel mondo, va abbandonata. Il senso comune, cioè l’insieme delle esperienze che proviamo ogni giorno ci porta a conclusioni errate. Le nostre esperienze sono limitate e spesso non ci consentono di formulare in modo corretto le leggi che regolano i fenomeni della natura, che in tal caso dobbiamo ricavare per altre vie, per esempio con ragionamenti teorici.

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Ciò che non mi è chiaro, è la parte grassettata. Ovviamente si fa riferimento alla teoria della relatività (E=mc^2). In questa formula, considerando la velocità della luce, l'energia diventa infinita a causa del quadrato? Mi pare che facendo quattro conticini non escano numeri enormi. Oppure tutto ciò è dovuto al concetto intrinseco della teoria della relatività, per la quale non è possibile superare la velocità della luce, quindi a questa velocità si considera un'energia infinita?

[MaxArt]

Originariamente inviato da icestorm82

Ciò che non mi è chiaro, è la parte grassettata. Ovviamente si fa riferimento alla teoria della relatività (E=mc^2). In questa formula, considerando la velocità della luce, l'energia diventa infinita a causa del quadrato?

No, guarda, è molto semplice: quella che intendi come "formula della relatività" riguarda ben altro. In realtà devi riferirti a questa:

dove m è la massa inerziale del corpo, m0 è la massa del corpo "a riposo", v è la sua velocità e c è quella della luce nel vuoto. Come puoi vedere, quando v si avvicina a c, m tende all'infinito.
Adesso, secondo proprio la relazione E = mc^2, se la massa tende all'infinito, vi tende anche l'energia.

[yggdrasil]

non concordo in parte sugli esempi pratici: si all'esempio della scala mobile, no invece a quello della rincorsa

la distanza tra chi rincorre e il fotone aumenterà sempre più, non rimarrà uguale

[dav1deser]

Originariamente inviato da yggdrasil

non concordo in parte sugli esempi pratici: si all'esempio della scala mobile, no invece a quello della rincorsa

la distanza tra chi rincorre e il fotone aumenterà sempre più, non rimarrà uguale

concordo pienamente con te, sarebbe vero questo fatto della rincorsa se la luce viaggiasse a velocità infinita, e quindi il fotone si troverebbe sempre a distanza infinita da chi la rincorre, invece ha velocità finita quindi non ha senso...

[JüN1oR]

Se E = mc^2 fosse vera al 100% 1kg di carbone basterebbe x dare luce a new york per 1 anno intero Einstein si e dimenticato che l' energia si disperde durante la combustione o qualsiasi altra cosa !
Comunque la sua teoria dice che l uomo non potra mai superare la velocità della luce

[stbarlet]

Originariamente inviato da JüN1oR

Se E = mc^2 fosse vera al 100% 1kg di carbone basterebbe x dare luce a new york per 1 anno intero Einstein si e dimenticato che l' energia si disperde durante la combustione o qualsiasi altra cosa !
Comunque la sua teoria dice che l uomo non potra mai superare la velocità della luce

[yggdrasil]

Originariamente inviato da JüN1oR

Se E = mc^2 fosse vera al 100% 1kg di carbone basterebbe x dare luce a new york per 1 anno intero Einstein si e dimenticato che l' energia si disperde durante la combustione o qualsiasi altra cosa !
Comunque la sua teoria dice che l uomo non potra mai superare la velocità della luce

secondo me non hai capito una mazza di come funziona la relatività ristretta

[icestorm82]

Originariamente inviato da JüN1oR

Se E = mc^2 fosse vera al 100% 1kg di carbone basterebbe x dare luce a new york per 1 anno intero Einstein si e dimenticato che l' energia si disperde durante la combustione o qualsiasi altra cosa !
Comunque la sua teoria dice che l uomo non potra mai superare la velocità della luce

Forse sul pianeta namec E=mc^2 non è vera al 100%. Qui sulla terra si, lo è!

[CioKKoBaMBuZzo]

Originariamente inviato da JüN1oR

Se E = mc^2 fosse vera al 100% 1kg di carbone basterebbe x dare luce a new york per 1 anno intero Einstein si e dimenticato che l' energia si disperde durante la combustione o qualsiasi altra cosa !

mi sa che non hai ben chiaro il concetto di conservazione dell'energia

[dav1deser]

Originariamente inviato da JüN1oR

Se E = mc^2 fosse vera al 100% 1kg di carbone basterebbe x dare luce a new york per 1 anno intero Einstein si e dimenticato che l' energia si disperde durante la combustione o qualsiasi altra cosa !

sei tu che non hai capito il significato di quella formula, vuol dire che se tu fai annichilire 1kg di materia ottieni quella quantità di materia (annichilire=trasformare tutta la materia in energia) durante la semplice combustione del carbonio non si ha trasformazione di massa in energia ma solo rottura dei legami chimici fra gli atomi di carbonio e creazione di nuovi legami con l'ossigeno a formare anidride carbonica

[Tommy81]

Originariamente inviato da JüN1oR

Comunque la sua teoria dice che l uomo non potra mai superare la velocità della luce

A dire la verità la teoria dice che nessuno potrà mai RAGGIUNGERE la velocità della luce.

[:dissident:]

Originariamente inviato da Tommy81

A dire la verità la teoria dice che nessuno potrà mai RAGGIUNGERE la velocità della luce.

A dire il vero dice che non la puoi raggiungere se sei dotato di massa.

[Tommy81]

Originariamente inviato da :dissident:

A dire il vero dice che non la puoi raggiungere se sei dotato di massa.

Pensavo che era scontato che lui si riferisse ad un "oggetto" dotato di massa.

[SaettaC]

Originariamente inviato da Tommy81

A dire la verità la teoria dice che nessuno potrà mai RAGGIUNGERE la velocità della luce.

Se non ricordo male, la teoria dice che nessuno (dotato di massa, ovviamente), può viaggiare ALLA velocità della luce.

Inserendo i numeri immaginari (come radice quadrata di un numero negativo) nell'equazione postata prima, si è teorizzata l'esistenza del tachione, particella superluminale, che non può viaggiare ALLA velocità della luce, ma solo a velocità superiori... E meno energia le dai, più veloce va... Più energia le dai, più rallenta, ma servirebbe energia infinita per rallentarla fino alla velocità della luce...

[JüN1oR]

Ragazzi non mi uccidete a me l hanno spiegata anche in questo modo se no mica scrivevo una cosa del genere,non sono pazzo

[yggdrasil]

Originariamente inviato da JüN1oR

Ragazzi non mi uccidete a me l hanno spiegata anche in questo modo se no mica scrivevo una cosa del genere,non sono pazzo

allora se te l'hanno spiegata paro paro a come l'hai detta dì pure a questi signori di farsela prima rispiegare loro

[JüN1oR]

Originariamente inviato da yggdrasil

allora se te l'hanno spiegata paro paro a come l'hai detta dì pure a questi signori di farsela prima rispiegare loro

Forse perchè quella che me l' ha spiegata voleva dire che m cioe 1kg di carbone moltiplicato la velocità della luce al quadrato dava un valore e quella era la sua energia prodotta!Guardando così non e tanto sbagliato alla fine

[yggdrasil]

allora l'hai capita proprio male

1 kg di carbone, come di qualunque altra sostanza, possiede una certa energia cinetica, una certa energia potenziale rispetto ai campi gravitazionali ed elettromagnetici, una certa energia termica eccecc
per arrivare all'energia totale di questo kg di materia manca davvero tanta energia e la rimanente è la materia stessa data dalla famosa formula
tutto qui

non c'entra nulla col fatto che con la combustione di 1 kg di carbone si ricava solo una minima frazione dell'energia ricavabile con una annichilazione di mezzo kilo di carbone e di mezzo di anticarbone

[JüN1oR]

Originariamente inviato da yggdrasil

allora l'hai capita proprio male

1 kg di carbone, come di qualunque altra sostanza, possiede una certa energia cinetica, una certa energia potenziale rispetto ai campi gravitazionali ed elettromagnetici, una certa energia termica eccecc
per arrivare all'energia totale di questo kg di materia manca davvero tanta energia e la rimanente è la materia stessa data dalla famosa formula
tutto qui

non c'entra nulla col fatto che con la combustione di 1 kg di carbone si ricava solo una minima frazione dell'energia ricavabile con una annichilazione di mezzo kilo di carbone e di mezzo di anticarbone

Infatti perchè l' energia si disperde con la combustione e quindi si ricava una millesima parte dell' energia che potevamo avere

[Indy4]

quella degli orologi non l'ho mica capita ,
come si fa a dire in un sistema reale che una persona si sta allontanando o avvicinando alla luce, la luce è ovunque e non ha una direzione precisa. Quindi se una persona è in movimento puo' allontanarsi o avvicinarsi alla luce, ma non so proprio da cosa dipende. Quindi una persona che sta ferma a parte che si muove lo stesso perchè i pianeti girano e pure le galassie.