La teoria della relatività di Einstein: perché la nostra testa è più vecchia dei nostri piedi?

Nel 1971, in uno degli esperimenti scientifici più fantastici della storia recente, i fisici Joseph Hafele e Richard Keating presero quattro orologi atomici, capaci di perdere non più di un secondo ogni 30 milioni di anni, su un volo commerciale in viaggio prima verso ovest e poi verso est. in giro per il mondo prima di tornare al suo laboratorio a Washington DC.

L'esperimento era una prova di un principio chiave della teoria della relatività di Albert Einstein secondo cui il tempo non è universale o, in altre parole, più velocemente ti muovi, più lento passa il tempo.

L'effetto è piccolo, indica Chris Lintott, astrofisico britannico e professore di astrofisica all'Università di Oxford, in un articolo per BBC Future. Se prendi un volo transatlantico da Londra a New York, il tuo orologio sarà un diecimilionesimo di secondo indietro rispetto a quello rimasto a terra. Tuttavia, invecchierai un po’ più lentamente che se fossi rimasto a casa.

La tua testa è più vecchia dei tuoi piedi

La gravità influenza anche la teoria della relatività. Se ti allontani dall'attrazione gravitazionale della Terra, il tempo accelererà. Lintott commenta che ciò influisce sul nostro corpo: significa, ad esempio, che la tua testa sarà leggermente più vecchia dei tuoi piedi.

Ancora una volta, l’effetto è incredibilmente piccolo, ma a distanze maggiori dalla Terra diventa rilevante. Il sistema GPS da cui tutti dipendiamo per la navigazione, i cui satelliti orbitano a 20.000 km sopra la Terra, deve tenerne conto per funzionare correttamente.

L'effetto della relatività sui buchi neri

Lintott commenta che attorno ai buchi neri questi effetti relativistici diventano molto più pronunciati.

Per capirne il motivo, l'astrofisico invita a immaginare di cadere verso un buco nero. (Supponiamo che tu stia viaggiando su una nave magica che ti protegge dall'effetto "spaghettizzazione", lo stiramento terminale che accade a qualsiasi oggetto che si avvicina troppo a un buco nero.)

Mentre cadi, non noterai alcuna differenza temporale in te stesso o nell'ambiente circostante. Mentre guardi l'orologio o senti il polso, senti lo stesso battito costante mentre, secondo dopo secondo, il destino si avvicina.

Ma se gli strumenti della tua nave ti permettessero di guardare l'universo fuori dal buco nero, potresti notare qualcosa di strano: gli eventi all'esterno sembreranno accelerare.

Se potessi vedere la Terra attraverso un telescopio, vedresti il futuro del nostro pianeta e delle nostre specie riprodursi, muovendosi come in un film accelerato. Se potessi captare un segnale televisivo, potresti guardare il resto delle trasmissioni dell'umanità finché l'evoluzione del Sole in una gigante rossa non travolgerà il pianeta, anche se ad alta velocità.

Ora cambia la tua prospettiva. Immagina di essere su una stazione spaziale in orbita a distanza di sicurezza dal buco nero e di guardare il tuo collega coraggioso o sfortunato caderci dentro. Il bordo del buco nero, come lo vedi tu, è l’orizzonte degli eventi, il punto oltre il quale anche le cose che viaggiano alla velocità della luce non possono scappare. Sembra ragionevole aspettarsi che il nostro amico, una volta raggiunto questo punto, scomparirà.

Ciò che vedresti effettivamente sarebbe qualcosa di molto strano, dice Lintott. Se ci salutano, vedrai che muovono la mano sempre più lentamente man mano che si addentrano nel pozzo gravitazionale del buco nero. Un orologio montato all'esterno della nave sembrerà funzionare più lentamente rispetto a quello installato sulla nostra stazione.

Questo fenomeno viene esplorato nel film Interstellar, in cui gli astronauti che hanno esplorato un pianeta vicino a un buco nero emergono per scoprire che l'universo ha voltato pagina senza di loro.

Come chiarisce il film, non ha senso chiedersi se il tempo trascorso vicino o lontano dal buco nero sia il tempo “corretto”. La relatività ci dice che non esiste una cosa del genere.

Anche se non lo vedremo mai dall’esterno, il nostro sfortunato passeggero ad un certo punto attraverserà l’orizzonte degli eventi, il limite dal quale nemmeno la luce può sfuggire. Questo è il punto di non ritorno e, al di là di esso, il nostro viaggiatore verrà spinto verso il centro del buco nero. Ciò significa che la tua esperienza del tempo potrebbe cambiare radicalmente e potresti persino essere in grado di viaggiare avanti e indietro nel tempo.