Lo Spazio-Tempo

Come abbiamo scritto nell’introduzione a questa rubrica, le basi della fisica moderna sono la teoria della relatività generale utilizzata per descrivere l’infinitamente grande e la meccanica quantistica, unita alla relatività speciale, per descrivere l’infinitamente piccolo.

In particolare, la relatività generale introduce il concetto di spazio-tempo. Esso combina lo spazio e il tempo, due nozioni distinte, in un solo costrutto omogeneo, sommando le tre classiche dimensioni spaziali (lunghezza, larghezza e profondità) a quella del tempo.

Come si presenta lo spazio-tempo? 

Per rispondere a questa domanda dobbiamo immaginare un immenso telo di stoffa sul quale sono dislocate delle biglie, più o meno grandi. Le biglie rappresentano i pianeti, le stelle, le galassie e ogni altro corpo dotato di massa.

Cosa accade, dunque, al telo in prossimità di questi? 

Come ci insegna Galileo, le biglie, a causa della gravità, esercitano una pressione creando degli avvallamenti (curvature).  Cerchiamo di capire, dunque, come la percezione delle cose e la loro esistenza si modifichi in prossimità di queste curvature. Il tempo si comporta in modo bizzarro: se avessimo due orologi sincronizzati e li posizionassimo in due luoghi con diversa curvatura, noteremmo che, dopo un po’ di tempo, questi non segnerebbero più la stessa ora: maggiore è la curvatura, maggiore è la dilatazione con cui il tempo scorre.  Ciò accade a causa della forza di gravità generata dal sistema creato dalle masse la quale agisce sullo spaziotempo in questo modo: schematizziamo lo spaziotempo in un reticolo e prendiamo in analisi un singolo segmento sottoposto a curvatura; questa curvatura aumenta la lunghezza del segmento, modificando, di conseguenza, il trascorrere del tempo e la percezione dello spazio.

Possiamo chiarirci le idee osservando la seguente figura:

spazio tempo 1

Se prendessimo come riferimento le frazioni infinitesime di secondo, potremmo affermare che il tempo scorre più lentamente ai nostri piedi rispetto che sul nostro capo. Con l’assenza di un tempo assoluto, dunque, anche il concetto di contemporaneità è stato modificato: è stato introdotto l’altrove assoluto, che rappresenta l’insieme degli eventi che non appartengono né al futuro né al passato, cioè degli eventi che sarebbero potuti avvenire – ma che non sono avvenuti – o che potranno avvenire – ma che non sappiamo se avverranno -.

Ciò può sembrare paradossale, sebbene sia stato scientificamente e sperimentalmente verificato.

Tra le ipotesi, invece, che attualmente non state osservate possiamo citare come esempio la teoria sull’esistenza dei Wormhole. Questo fenomeno, chiamato anche ponte di Einstein-Rosen o cunicolo spaziotemporale, è un’ipotetica caratteristica dello spazio-tempo. Potremmo definirlo come una “scorciatoia” che permetterebbe di viaggiare da un punto dell’Universo a un altro, più velocemente di quanto impiegherebbe la luce a percorrere la distanza attraverso lo spazio “normale”.

Ad oggi, la relatività generale non ci permette di descrivere tutti i fenomeni che osserviamo legati allo spaziotempo. Negli ultimi anni, svariati centri di ricerca mondiale si stanno impegnando nell’elaborare una teoria che spieghi di cosa sia effettivamente composto lo spaziotempo. La teoria di Einstein lo considera come vuoto assoluto, ma se così fosse non sarebbe possibile spiegare il fatto che ci sia una leggera differenza di temperatura (piccole frazioni di Kelvin) tra il vuoto cosmico e le regioni di spazio prossime ai buchi neri. Per spiegare questo fenomeno, quindi, bisogna supporre la presenza di veri e proprio “atomi” di spaziotempo.

Elia Cattaneo, Mirlinda Meta, Alberto Zorzetto

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