Con la teoria della relatività di Einstein abbiamo capito che esiste una quarta dimensione, oltre a quelle spaziali: il tempo. Partiamo per un viaggio nello spaziotempo

Fino all’avvento della teoria della relatività di Einstein il tempo era concepito come assoluto e indipendente dagli osservatori. Era lo stesso per tutti, insomma: trascorreva allo stesso modo da qualunque punto di vista o posizione. Le leggi dello spazio, invece, erano regolate dalla geometria euclidea, che prevedeva che un oggetto non cambiasse quando si spostava nello spazio. Le scoperte sull’elettromagnetismo, però, misero in crisi questi sistemi di riferimento assoluto ed ora parliamo di spaziotempo.

Cosa fece Einstein? 

Relatività di Albert Einstein
Albert Einstein

Demolì letteralmente il concetto di spazio e tempo separati, introducendo in fisica quello di spaziotempo, che prevede che non esista un sistema di riferimento privilegiato e che per ogni evento tempo e spazio sono legati in funzione di dove si trova l’osservatore. Cerchiamo di fare qualche esempio per capire meglio quest’ultimo concetto.

Qualche esempio per capire cos’è lo spaziotempo

Partiamo dal presupposto che quando parliamo di spazio-tempo identifichiamo 4 dimensioni. Tre di queste sono riferite alle misurazioni dello spazio (quindi lunghezza, larghezza e profondità), la quarta è il tempo. Sono questi quattro dati a definire lo spazio-tempo. Quindi quando descriviamo un oggetto qualsiasi, esso avrà coordinate ben precise (e quindi sapremo dove si trova nello spazio), ma anche il momento in cui definiamo il suo spazio per trovarlo. Facciamo un esempio.

La curvatura dello spaziotempo
Una rappresentazione artistica di un sistema a doppia pulsar. Credit: Michael Kramer / MPIfR

C’è un uomo seduto su una panchina all’interno di una stazione ferroviaria, in attesa del treno. Quando il treno arriva in stazione, l’uomo lo vede passare ad una certa velocità, diciamo 70 km/h. Dalla banchina, l’uomo vede pure un bambino seduto all’interno del treno. Anche lui sta viaggiando a 70 km orari. Se l’osservatore è l’uomo seduto sulla panchina, possiamo dire che un bambino si stia muovendo a 70 km/h dentro la stazione. Se fossimo il bambino, invece, vedremo passare un uomo seduto su una panchina a 70 km/h. I sistemi di riferimento sono le basi per capire lo spazio-tempo. Ma facciamo un altro esempio.

Se alziamo gli occhi al cielo, vediamo la luce emanata dal Sole. Il Sole è distante in media 150 milioni di km dalla Terra, perciò la luce deve compiere quella distanza per arrivare ai nostri occhi. Per farlo, impiega 8 minuti. Possiamo quindi affermare che nel nostro sistema di riferimento vediamo il Sole in quel momento, ma in effetti vediamo la luce con 8 minuti di ritardo rispetto a quando è “partita” dalla nostra stella.

La curvatura dello spazio-tempo

Un cunicolo spaziotempo
Un wormhole. Credit: AlexAntropov86 (Pixabay)

La teoria della relatività generale afferma che lo spazio-tempo venga incurvato dalla presenza di una massa. Immaginatevelo come un lenzuolo con sopra una palla. Il telo tende a piegarsi nel punto in cui abbiamo appoggiato la palla. Se buttiamo in mezzo una pallina più piccola, questa inizierà a ruotare e ad accelerare proprio per la deformazione creata dalla palla più grande. Questo è solo un piccolo esempio di deformazione dello spaziotempo in sistemi di riferimento che vanno oltre la nostra quotidianità. Se ci pensate, però, è esattamente quello che succede alle lune intorno ai pianeti, o ai pianeti stessi attorno al Sole.

Fonte