LA RELATIVITA'

IL CONCETTO DI TEMPO

Il concetto di tempo ha sempre attratto studiosi in ogni ambito dai fisici ai filosofi, dai matematici ai letterati proprio per la sua caratteristica di essere allo stesso tempo presente e inesistente. Pensandoci bene il tempo non esiste non è una cosa palpabile, visibile o analizzabile, vediamo solo gli effetti che ha su gli esseri viventi e non è possibile misurarlo in ogni istante. Cosa è davvero il tempo non lo sappiamo ancora anche se una definizione è :

 Il tempo è la dimensione nella quale si concepisce e si misura il trascorrere degli eventi. Tutti gli eventi possono essere descritti in un tempo che può essere passato, presente o futuro.

Che il tempo non è uguale per tutti lo sappiamo da sempre, quando ci divertiamo il tempo passa velocemente cosi come la noia fa sembrare lo scorrere del tempo molto più lento e questa visione di tempo “personale”, cioè determinato dalle sensazioni psicologiche di ognuno, è stata definita con il nome di tempo psicologico. Questo tipo di visione temporale secondo cui lo stato emotivo influenza lo scorrere del tempo è stata accettata da tutti.

Siamo però molto meno disposti ad accettare il fatto che anche il tempo fisico, cioè quello misurabile oggettivamente, sia relativo e non assoluto come avevano creduto tutti gli scienziati fino al 800.

LA TEORIA DI EINSTEIN 

Le cose cambiarono nel 1905 quando Albert Einstein pubblicò la sua teoria della relatività. In questa teoria Einstein partì da due postulati:

• il principio di relatività: tutte le leggi fisiche sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali
• l'invarianza della luce: la velocità della luce nel vuoto ha lo stesso valore in tutti i sistemi di riferimento inerziali, indipendentemente dalla velocità dell'osservatore o dalla velocità della sorgente di luce.

Con esperimenti mentali e complicati calcoli giunse a sconcertanti risultati che avrebbero cambiato per sempre la visione spazio-temporale del mondo e dell'universo.

Il primo risultato di tali calcoli riguarda il tempo: lo scorrere del tempo individuale di un osservatore, misurato dal suo orologio, appare agli altri osservatori tanto più lento quanto la sua velocità rispetto ad essi si avvicina a quella della luce. In particolare, due eventi non casualmente collegati possono apparire in un certo ordine temporale per un osservatore e in un altro ordine per un altro osservatore.

Anche lo spazio assume ora valori del tutto relativi, infatti la velocità non solo rallenta il tempo ma distorce anche lo spazio.

Lo stesso Einstein si accorse degli effetti paradossali che tale affermazione poteva avere e enunciò quello che forse è il paradosso più famoso della fisica moderna: il paradosso dei gemelli.

IL PARADOSSO DEI GEMELLI

Il paradosso dei gemelli è un esperimento mentale che sembra appunto rivelare una contraddizione nella teoria della relatività (ristretta).

Questo paradosso è un immediata conseguenza della relatività einsteiniana. Se noi, per esempio, prendessimo due gemelli, ne spedissimo uno su un razzo in moto per una quarantina di anni, al suo ritorno noteremmo che il gemello sul razzo è più giovane di quello rimasto sulla Terra. La soluzione di questo paradosso, che potrebbe sembrare impossibile, si trova proprio nella relatività einsteiniana e nella distorsione dello spazio-tempo.

Approfondimento: Il paradosso dei gemelli

PARADOSSI NELLA FISICA QUANTISTICA: SCRHODINGER

Erwin Schrödinger

Biografia: Erwin Schrodinger

L'EQUAZIONE D'ONDA DI SCHRODINGER

Gli attacchi alle concezione della fisica classica non arrivarono soltanto dalla teoria della relatività, ma anche dalla meccanica quantistica, nel momento in cui Erwin Schrodinger scopri la famosa equazione d'onda che regola il comportamento del mondo subatomico.

L'interpretazione classica proposta da Bohr considera la funzione d'onda come descrizione di un astratta onda di probabilità, più precisamente, le probabilità si ottengono moltiplicando la funzione d'onda con la sua complessa coniugata. Non ci addentreremo nel complesso mondo matematico che regola queste funzioni, ci basti soltanto sapere che Schrodinger non fu daccordo con Bohr, e fu questo che spinse Erwin a elaborare il suo celebre paradosso di cui parleremo a breve.

Tornando all'interpretazione classica, possiamo semplificare questa interpretazione probabilistica dicendo che a livello profondo, il mondo è come uno schermo su cui vengono proiettati più film in sovrapposizione e con risoluzioni diverse che corrispondono alle probabilità. Il motivo per cui non appare cosi a noi, è che possiamo osservare lo schermo soltanto attraverso filtri biologici o tenologici, che ci permettono di vedere soltanto uno dei vari film. In generale quando si guarda, o si fa un esperimento, la realtà passa, attraverso noi, da una sovrapposizioni di proiezioni a una singola proiezione.

Nel 1935 Erwin Schrödinger, appunto con l’intento di dimostrare l’incompletezza e le contraddizioni insite nella teoria quantistica, propose, in un articolo passato ormai alla storia, un particolarissimo “esperimento mentale” che vedeva come protagonista il proprio gatto.

Ciò prese il nome di “paradosso del gatto di Schrodinger"e aveva il compito di di mostrare come l’interpretazione classica della meccanica quantistica risultasse essere incompleta quando doveva descrivere sistemi fisici in cui il subatomico (microscopico) interagiva con il macroscopico.

IL PARADOSSO DEL GATTO 

All’interno di una scatola d’acciaio Schrödinger immagina di porre un gatto e una piccola quantità di sostanza radioattiva, la cui disintegrazione viene registrata da parte di un contatore Geiger il quale a sua volta mette in azione un martello che infrange una fialetta di veleno in forma gassosa. Ora volendo seguire alla lettera la teoria quantistica, sostiene Schrödinger, passato un certo periodo di tempo dall’istante in cui il gatto è stato messo all’interno della scatola e ha avuto inizio l’esperimento, ci si trova nella situazione in cui il momento della disintegrazione della sostanza radioattiva non può essere calcolato con esattezza (risultando tale momento sovrapposizione di più tempi) e quindi ci si trova nella impossibilità oggettiva di assegnare un reale stato di vita o di morte al gatto. Anzi ci si trova in una strana situazione ove la fiala di veleno risulta potenzialmente allo stesso tempo rotta e non rotta, con un gatto contemporaneamente vivo (fialetta non rotta) e morto (fialetta rotta).

INTERPRETAZIONI DEL PARADOSSO

Secondo l'interpretazione probabilistica, fino a quando non si guarda nella scatola, la realtà dovrebbe stare nella sovrapposizione di stati che corrisponde alle due possibilità: sostanza disintegrata o no e quindi fialetta rotta o meno. Dunque gatto vivo o morto. Solo nel momento in cui si guarda dentro la scatola dovrebbe avvenire il passaggio a una delle due probabilità.

Schrodinger trovava la cosa paradossale, anzi, burlesca. Il gatto è vivo o è morto e non ha senso dire che se il flacone si rompe il gatto rimane vivo finché qualcuno non effettui l'osservazione.

Al contrario di bohr infatti, schrodinger interpretava la funzione d'onda come come la descrizione di una concreta onda di materia. Nel 1937 propose di interpretare la funzione d'onda e la sua coniugata come muoventisi in direzioni temporali opposte: dal passato al al fututro la prima e dal futuro al passato la seconda. Il prodotto descriverebbe cosi il loro incontro nel presente. Secondo questa interpretazione, tutto ciò che sta nel futuro è un onda di probabilità e tutto ciò che sta nel passato è una particelle di materia. Dal loro incontro nel presente deriverebbe dunque la doppianatura complementare di onda e particella.