Einstein è anche dentro i nostri orologi

Pubblicato il da Marta Parisi

[caption id="attachment_1430" align="alignleft" width="260" caption="Gli orologi si muovono più lentamente se la velocità aumenta, più velocemente se diminuisce la gravità. Foto: W. Tiller/iStockphoto"][/caption]

Forse il problema principale per far sì che la scienza si diffonda nella società è dimostrare il ruolo che discipline scientifiche come la fisica o la matematica hanno nella vita di tutti i giorni. La cosa si complica, per esempio, con teorie come la Relatività di Einstein, per la sua natura poco intuitiva e difficile da visualizzare. Tuttavia, è possibile dimostrare che questa teoria ci circonda più di quanto sembri.

La teoria di Einstein afferma che il tempo tra due eventi dipende dal mezzo attraverso il quale viaggia nel Cosmo. In particolare, ciò può dipendere dalla curvatura spazio-tempo lungo la sua traiettoria.  È risaputo che questa teoria è molto utile per spiegare un gran numero di fenomeni fisici (letteralmente) molto lontani dalla realtà, come il calcolo delle orbite dei pianeti del Sistema Solare con una precisione straordinaria o per verificare come la luce viene deviata nello spazio-tempo deformato che si crea attorno alle stelle o ai pianeti.

Analogamente, applicando lo stesso concetto ad uno scenario più terreno, si potrebbe dimostrare che un orologio immerso in un campo gravitazionale avanza più lentamente rispetto ad un altro ubicato lontano da qualsiasi effetto di gravità. Negli anni '70, alcuni scienziati dimostrarono l'effetto della Relatività utilizzando degli orologi atomici sincronizzati e posizionati separatamente a bordo di due aerei jumbo che volavano attorno alla Terra: il primo volava verso est, l’altro verso ovest. L’esperimento dimostrò che quest’ultimo, che viaggiava in direzione contraria rispetto alla rotazione della Terra, era accelerato rispetto ad un orologio di riferimento fisso sulla Terra.

Oggi, un gruppo di ricercatori dell'Istituto Nazionale per gli Standard e la Tecnologia (INIST è la sigla in inglese) nella città di Boulder, in Colorado, ha dimostrato le teorie di Einstein, sia quella della Relatività che quella Generale, su scala “più umana”, dimostrando che non si limitano ad esperimenti con velocità e distanze enormi. Il team del NIST ha mostrato che il tempo è accelerato semplicemente salendo il gradino di una scala, e che rallenta se viaggiamo ad una velocità di 36 chilometri all'ora. I risultati dello studio sono apparsi sulla rivista Science del 24 settembre scorso.

L’esperimento ha misurato fondamentalmente la differenza tra due orologi separati da un'altezza di 33 centimetri, pari più o meno all’altezza di un gradino. Poiché secondo la Teoria della Relatività Generale il tempo è accelerato negli oggetti con gravità “ridotta”, l'orologio situato ad un'altezza più elevata rispetto all'altro (e che pertanto "nota" meno l'effetto della gravità terrestre) avanza più rapidamente rispetto all’altro, con un aumento di all’incirca 4 × 10-17 secondi, guadagnando così 90 milionesimi di secondi in 79 anni!

Allo stesso tempo, considerando che la Relatività Speciale afferma che il tempo avanza più lentamente negli oggetti in movimento, i ricercatori hanno dimostrato che eccitando gli atomi di un orologio atomico questi oscillano con una velocità relativa di meno di 10 metri al secondo o, per dirlo in altri termini, di 36 chilometri all'ora. Vale a dire che i segnali dell'orologio si presentavano con un ritardo di circa 6 × 10-16 secondi.

Benché l’esperimento non rappresenti nessuna scoperta innovativa, questo risultato presenta una componente quasi filosofica, in quanto dimostra che la Relatività è qualcosa di tangibile. Inoltre, la possibilità di rilevare piccoli cambiamenti nella gravità potrebbe trovare applicazione in geofisica e idrologia. Secondo gli esperti, ciò potrebbe facilitare la misurazione della quantità di massa, per esempio sottoforma d'acqua, che si ridistribuisce sulla Terra a causa del cambio climatico, costruendo una rete che analizzi in tempo reale il livello di gravità di tutto il pianeta.

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