Foto di Gerd Altmann da Pixabay 

Ma ciao mio curioso lettore. Sono io, Jane White, ti ricordi di me? Ti ho illustrato, qualche tempo fa il segreto del LASER ed il mio segreto. Grazie per non averlo detto a Davide.

In questo articolo ti racconterò cosa frullò nella testa di un giovane impiegato dell’ufficio brevetti di Berna nel 1905: Albert Einstein e la sua nuova relatività.

Ho congegnato dei semplici esperimenti che farai insieme a me per capire i concetti della teoria della relatività, perciò gambe in spalla, si va in stazione a prendere il treno ed assicurati di avere un cronometro.

Allora ecco le regole dell’esperimento: sali su questo treno con il tuo cronometro e questa pallina rossa. Quando il treno starà viaggiando, dovrai lanciare la pallina fino al tetto e riprenderla. Il tuo compito sarà misurare quanto tempo impiegherà la pallina a fare il suo traggitto in aria fino a tornare in mano tua.

Anche io misurerò il tempo che la pallina impiegherà ma lo farò stando sulla banchina della stazione. Non appena passerai con il treno azionerò il cronometro. Alla fine confronteremo i riusltati.

Bene, confrontiamo i risultati. Quanto ha impiegato per te la pallina? Ottimo, 1 secondo per coprire il metro tra la tua mano ed il tetto del treno ed un altro secondo per tornare. 2 metri in 2 secondi. Velocità 1 metro al secondo.

I conti tornano perchè anche io, sulla banchina ho cronometrato 2 secondi, ma una piccola differenza c’è: per me la pallina ha coperto più spazio.

Certo perchè io, sulla banchina, ho visto la palla andare sia verso l’alto che verso destra insieme a te e tutto il treno. In ogni istante io vedevo la pallina sia più in alto (o più in basso) che anche più a destra. Per me infatti ha coperto 1,5 metri a salire ed altrettanti a scendere. 3 metri in totale in 2 secondi. Velocità 1,5 metri al secondo. Più alta della tua.

Tutto normale non ti preoccupare. Già Galileo si era accorto che le velocità si sommano. Quando sei in autostrada d’altronde, non vedi le macchine nel senso opposto passarti a grande velocità? Perchè alla tua velocità si somma la loro. Così io ho visto sommarsi la velocità data da te alla pallina lanciandola, a quella del treno che vi portava. Tu non hai visto questa cosa perchè eri fermo nel treno.

Su una cosa siamo d’accordo ad ogni modo. I 2 secondi. D’altronde guardavamo lo stesso fenomeno. come avremmo potuto misurare tempi diversi. Il tempo è assoluto, o meglio lo era.

Il tempo è assoluto e le velocità si sommano. Questi erano i capi saldi che sorreggevano la fisica fino ai primi del 900. Fino all’esperimento dei poveri Michelson e Morley. I poverini volevano provare l’esistenza dell’etere e non solo non ci riuscirono, ma si imbatterono in un risultato anomalo: misurarono sempre costante la velocità della luce.

Perchè Galileo cominciò a scricchiolare pericolosamente: se le velocità si sommano, perchè allora la luce va sempre alla stessa velocità?

Stando al risultato di Michelson e Morley, se tu viaggiassi alla velocità della luce, vedresti un raggio superarti sempre alla velocità della luce. Non sareste appaiati. Non importa quanto veloce tu vada, dove ti trovi o con chi, dovrai sempre misurare la stessa velocità della luce.

Mentre tutto il mondo cercava di capire dove avessero sbagliato i poveri Michelson e Morley, uno solo cercò di capire cosa sarebbe successo se invece avessero avuto ragione.

Ricordo benissimo la faccia che fece Albert quando capì a cosa si doveva rinunciare assumendo che la velocità della luce sia sempre percepita costante indipendentemente dalla velocità cui andiamo.

Il tempo andava ripensato. Non era più assoluto.

Beh, lo scoprirai da te con un nuovo esperimento che ho ideato apposta per l’occasione. Preparati, salirai di nuovo sul treno, cronometro alla mano.

Questa volta però nessuna pallina ma ho costruito un congegno apposta: due specchi posti ad un metro di distanza tra i quali rimbalza un raggio di luce. Il tuo compito sarà di cronometrare quanto impiegherà a fare un’anadata e ritorno.

Come al solito io invece resterò a terra e farò la tua stessa misurazione. Alla fine confronteremo i risultati e proverai la stessa scossa di adrenalina che provò Albert.

Ok, confrontiamo i risultati.

Dunque tu hai registrato che il raggio di luce ha impiegato 1 secondo per coprire il primo metro ed un altro secondo per coprire il successivo metro: 2 metri in 2 secondi totali (numeri assolutamente inventati eh). Velocità della luce dunque 1 metro al secondo.

Ora, facciamo un esercizio mentale come lo fece Albert: mettiamo che Michelson e Morley abbiano ragione e la velocità della luce, indipendentemente da tutto, debba sempre essere misurata uguale. Nel nostro caso 1 metro al secondo. A questo punto, anche io sulla banchina dovrò registrare la tua stessa velocità. 

Infatti, così è stato. Ma qualcosa ci ha dovuto rimettere

Arriva il tuo primo capogiro. Meglio ti sieda.

Ricordi l’esperimento con la pallina? Avevamo entrambi misurato lo stesso tempo, 2 secondi. Il fatto che per me avesse coperto più spazio, a parità di tempo, era bilanciato dal fatto che la vedessi andare più veloce.

Ma con la luce, la velocità non può cambiare mai in nessun modo, e quindi… ecco le mie misurazioni…

Come con la pallina, da terra io ho visto il raggio di luce coprire 3 metri. Ma stavolta la velocità è fissa. Non si scappa. 1 metro al secondo (numero ancora super inventato).

Se 3 metri sono quelli percorsi e la velocità deve essere 1 metro al secondo… io ho misurato 3 secondi.

Il tempo ha smesso in questo istante di essere assoluto. Più vai veloce e più rallenta paragonato a chi sta fermo. E non finisce qui. Meglio ti sdrai.

Nuovo ed ultimo esperimento: salirai su un razzo che va a 200.000 km all’ora. Quando il razzo si fermerà mi dovrai contattare e dirmi quanto tempo hai viaggiato. Io resto a terra.

Ok, il razzo si è fermato? Bene. Quanto hai viaggiato? 1 ora. Quindi 200.000 km/h per un’ora, vuol dire che hai coperto 200.000 Km. Vai a vedere il contachilometri e dimmi quanto segna… Confermi i 200.000 km bene.

Tocca a me ora mostrarti i miei risultati. Per me hai viaggiato 2 ore. Suppongo te lo aspettassi visto che ora sai che più vai veloce e più il tuo tempo rallenta. Ma viaggiare 2 ore a 200.000 km/h vuol dire aver coperto 400.000 km. Ed infatti se misuriamo la distanza che ci separa, sono proprio 400.000 km. Ma allora come hai fatto a fare 400.000 km percorrendone solo 200.000? Perchè il tuo contachilometri ne segna 200.000? Ecco la seconda bordata: andando più veloce non solo rallenta il tuo tempo, ma si contrae anche lo spazio che percorri.

Albert qui stava per avere un mancamento.

Capisco che possa sembrarti assurdo tutto questo. D’altronde come si fa a percorrere 400.000 km facendone solo 200.000? Eppure è stato tutto sperimentalmente verificato.

Albert ha ragione su tutti i fronti. Non te ne accorgi nella vita di tutti i giorni semplicemente perchè questo effetto inizia a diventare marcato solo quando le velocità cominciano ad essere davvero elevate. La cosa più veloce che l’uomo possa concepire ancora non arriva a creare quell’effetto visibile ad occhio nudo.

La storia di Albert e della relatività, ti deve insegnare cosa sia possibile fare semplicemente giocando, facendosi una semplice domanda, sviluppandola e vedere dove ti porta. Potrebbe condurre ad un fiasco, ma potrebbe scuotere le fondamenta del mondo. Ad ogni modo lo saprai con certezza solo dopo aver intrapreso la strada.

Quindi fatti delle domande, cerca le risposte, gioca con la conoscenza… Insomma, RESTA CURIOSO.

Jane White