Le domande sullo spazio e la risposta dell’esperto.
di Neel V. Patel
La domanda: Ho sentito dire che la dilatazione del tempo influisce sui viaggi nello spazio ad alta velocità e mi mi domando che portata possa avere un simile effetto. Se dovessimo lanciare un volo di andata e ritorno verso un esopianeta non distante, diciamo a 10 o 50 anni luce di distanza, come influirebbe sul tempo degli astronauti rispetto a quello degli umani rimasti sulla Terra? Al loro ritorno, gli astronauti saranno molto più giovani o molto più anziani rispetto alle persone che sono rimaste sulla Terra? -Serge
La risposta: l’idea della dilatazione del tempo emerge in molti film di fantascienza, incluso Ender’s Game di Orson Scott Card, in cui il protagonista rimane all’età di otto anni nello spazio mentre ne passano 50 sulla Terra. Questo è esattamente lo scenario messo alla prova dal famoso esperimento teorico Twin Paradox: un astronauta con un gemello parte per una missione nello spazio su di un razzo ad alta velocità e al proprio ritorno trova il gemello più vecchio di sè.
La dilatazione del tempo fa riferimento alla teoria della relatività speciale di Einstein, secondo cui il movimento attraverso lo spazio creerebbe, in realtà, alterazioni nel flusso del tempo. Più velocemente ti muovi attraverso le tre dimensioni che definiscono lo spazio fisico, più lentamente ti muovi attraverso la quarta dimensione, il tempo, almeno rispetto a un altro oggetto. Il tempo viene misurato in modo diverso per il gemello che ha viaggiato attraverso lo spazio rispetto al gemello rimasto sulla Terra. L’orologio in viaggio nello spazio ticchetterà più lentamente degli orologi sulla Terra. Più ci si avvicina alla velocità della luce, più gli effetti si fanno pronunciati.
A differenza del Twin Paradox l’effetto della dilatazione del tempo non è un esperimento mentale o un concetto ipotetico, è reale. È stato dimostrato in esperimenti condotti da Hafele-Keating nel 1971, quando il moto relativo generò un effetto misurabile in due orologi atomici in viaggio su aerei diretti in direzioni opposte. I due orologi registrarono una differenza di tempo. L’effetto è stato confermato in altri esperimenti di fisica (ad esempio, particelle di muone in rapido movimento impiegano più tempo a decadere).
Di conseguenza, un astronauta di ritorno da un viaggio nello spazio condotto a “velocità relativistiche” (in cui iniziano a manifestarsi gli effetti della relatività, generalmente ad almeno un decimo della velocità della luce), sarebbe più giovane dei propri coetanei rimasti sulla Terra. Quanto l’astronauta sarebbe più giovane dipende dalla velocità del veicolo spaziale, un informazione a cui non sappiamo dare facilmente risposta. Sappiamo, però, che per raggiungere un esopianeta distante 10-50 anni luce dalla Terra e tornare indietro prima di morire di vecchiaia, gli astronauti dovrebbero viaggiare alla velocità della luce.
Vale la pena notare un altro piccolo dilemma: la dilatazione del tempo dovuta agli effetti gravitazionali. Nel film Interstellar di Christopher Nolan, la stretta vicinanza di un buco nero rallenta tremendamente il tempo su di un vicino pianeta (un’ora su quel pianeta vale sette anni terrestri). Anche questa forma di dilatazione del tempo è reale e descritta nella teoria della relatività generale di Einstein: la gravità può piegare lo spaziotempo, e di conseguenza, il tempo stesso. Più l’orologio si avvicina alla fonte della gravità, più il tempo rallenta, più si allontana più tempo passerà.
(lo)
