Perché il tempo rallenta con l’aumentare della velocità?

Penso che molte persone che hanno sentito parlare della teoria della relatività conoscano questo fatto interessante: se facessi un viaggio su un’astronave che si muove a velocità prossime a quella della luce, al ritorno ti accorgeresti che il tempo trascorso sulla Terra è molto di più di quello vissuto da te sull’astronave. Questo effetto è alla base di molti romanzi di fantascienza.

Ciò è dovuto alla dilatazione relativistica del tempo, un fenomeno che, però, pochissime persone capiscono davvero, soprattutto su come ciò sia possibile e perché accada. In questo articolo cercherò di spiegarlo nel modo più semplice possibile.

Lasciate che vi dica subito che userò un’analogia piuttosto rozza per spiegarlo. Non ci saranno formule in questo articolo, ma per una comprensione completa, purtroppo, è impossibile evitare l’uso di una matematica abbastanza rigorosa e di una fisica teorica non meno rigorosa.

Quindi cominciamo.

La dilatazione relativistica del tempo

Dal punto di vista della fisica, spazio e tempo sono interconnessi. Più precisamente, più che interconnessi, in linea di principio non esistono uno spazio tridimensionale separato e un tempo separato. Esiste uno spazio-tempo quadridimensionale o, come si dice, un continuum spazio-temporale in cui oltre alle nostre solite tre dimensioni ce n’è un’altra: il tempo. Inoltre, la dimensionalità della dimensione temporale è tale che un secondo è pari a circa 300 000 km, cioè la distanza percorsa dalla luce in un secondo.

Per il nostro cervello tridimensionale, è abbastanza difficile immaginare un altro asse coordinato perpendicolare a tutti gli altri. Pertanto, per chiarezza, usiamo un sistema di coordinate con solo due assi: spazio e tempo. E l’asse spaziale sarà responsabile del movimento in tutte le coordinate spaziali contemporaneamente.

E ora torniamo mentalmente al momento del big bang. Immagina che al momento del big bang qualcuno abbia dato un potente calcio al nostro intero universo e lo abbia messo in moto lungo l’asse del tempo. Questo slancio, scientificamente parlando, sarà chiamato slancio primario.

Esiste una legge di conservazione della quantità di moto, che afferma che la quantità di moto non va da nessuna parte e tende sempre a conservarsi. Quindi diciamo che qualcuno sale su un’astronave e decide di viaggiare verso un’altra stella a una velocità prossima a quella della luce. Qui le cose diventano interessanti.

La quantità di moto primaria viene mantenuta, ma poiché la nave inizia a muoversi non solo nel tempo (in avanti), ma anche nello spazio, si scopre che percorre una distanza più breve nel tempo che nello spazio. Maggiore è la distanza che la nave percorre nello spazio, minore è la distanza percorsa nel tempo.

Mentre è ferma, la nave si muove solo in avanti nel tempo solo alla velocità di 1 secondo al secondo (o 300.000 km/s, cioè la velocità della luce). Il movimento nello spazio devia la nave dall’asse del tempo, la rallenta nel tempo accelerando il movimento nello spazio, ma la velocità totale di movimento nello spazio temporale sarà sempre uguale alla velocità della luce (o avanti nel tempo di un secondo, che equivale a 300.000 km) o di 150.000 km nello spazio e di mezzo secondo nel tempo: tra l’altro, per questo è impossibile viaggiare a una velocità superiore a quella della luce.

Va detto che la relazione tra il rallentamento del moto nel tempo e l’accelerazione del moto nello spazio non è lineare.

Tuttavia, per non tormentarti con tutti i tipi di fattori di Lorentz, nell’ambito di questo articolo ho deliberatamente sacrificato l’accuratezza matematica per amore della chiarezza della spiegazione. Inoltre, sono consapevole del fatto che l’impulso primario è un’analogia molto cruda usata solo per chiarezza, per scopi educativi, per così dire. Ovviamente, nessuno ha mai dato un calcio all’Universo per farlo partire.