Il concetto di spazio-tempo continuo è spiegato in relazione alla teoria della relatività di Einstein. Esploriamo la sua natura, le sue caratteristiche e le sfide che presenta alla nostra comprensione comune.
Il concetto di spazio-tempo continuo è uno dei concetti derivanti dalla teoria della relatività che molte persone hanno sentito nominare, ma che non comprendono appieno, come la formula correlata E=mc2. Gli articoli scientifici mantengono una consapevolezza di entrambi, ma la fantascienza e i meme risultanti fanno di più per mantenerli nella coscienza delle persone. Lo spazio-tempo è molto più difficile da comprendere rispetto alla famosa equazione di Einstein, ma ciò non significa che debba essere considerato incomprensibile per chiunque non abbia una laurea in fisica.
In “La vita, l’universo e tutto quanto”, Douglas Adams si è divertito molto con una discussione sugli “eddies” nel continuo spazio-temporale. L’umorismo sorgeva tanto dall’idea che le persone avessero sentito parlare del continuo senza sapere realmente cosa fosse, quanto dai giochi di parole e dall’assurdità. In un certo senso, l’idea è semplice: invece di avere tre dimensioni dello spazio, con il tempo come qualcosa di completamente diverso, lo spazio-tempo è una cosa a quattro dimensioni. Gli eventi sono rappresentati nello spazio-tempo da quattro coordinate: tre basate su dove qualcosa accade, rispetto a un punto di origine definito, e la quarta è il momento in cui accade.
Sebbene Einstein abbia reso il concetto di spazio-tempo essenziale attraverso la teoria della relatività, i fisici avevano giocato con l’idea di uno spazio-tempo unificato in cui il tempo veniva trattato come una quarta dimensione da alcuni anni prima, coniando anche il nome. Sono uniti dalla velocità della luce (in un vuoto), che assicura che gli effetti di un evento impieghino tempo per essere sperimentati in altri luoghi.
Il problema che la maggior parte delle persone ha con questo concetto è che sperimentiamo il tempo in modo completamente diverso rispetto alla lunghezza, alla larghezza e all’altezza, tanto che l’intera cosa sembra ridicola. Se, ad esempio, ci rendiamo conto di essere andati troppo lontano in una direzione particolare, di solito possiamo girarci e tornare indietro. Vorremmo che lo stesso fosse vero per il tempo. Ursula Le Guin ha proposto sornionamente l’idea di un’anomalia nel continuo spazio-temporale da cui il tempo sta scappando, poiché sembra non essercene mai abbastanza, notando che lo stesso non si osserva per le altre dimensioni. I fisici faticano a spiegare perché il tempo sia così diverso dalle altre dimensioni.
Tuttavia, il suo status di quarta dimensione, sebbene speciale, è provabile. Sappiamo anche che il tempo è collegato alle altre tre dimensioni nella misura in cui spesso non possono essere misurate accuratamente l’una senza l’altra. Nelle condizioni che sperimentiamo nella nostra vita quotidiana, trattare lo spazio e il tempo come separati non è un problema, ed è per questo che l’idea di spazio-tempo è così controintuitiva. Tuttavia, se viaggiamo a una velocità vicina a quella della luce rispetto a qualcosa di importante per noi, la situazione sarebbe molto diversa.
Una caratteristica chiave della relatività speciale è che il tempo rallenta quando si viaggia vicino alla velocità della luce rispetto all’esperienza di un osservatore fermo. Allo stesso modo, a una velocità vicina a quella della luce, lo spazio si contrae nella direzione del movimento. Ciò significa che se qualcuno che viaggia molto velocemente misurasse due eventi e confrontasse i loro risultati con qualcuno che si muove più lentamente, otterrebbero separazioni diverse sia nello spazio che nel tempo. Tuttavia, utilizzando la velocità della luce per convertire tra unità di spazio e tempo, entrambi gli osservatori misurano la stessa distanza nello spazio-tempo (ammesso che misurino con precisione).
Inoltre, questo continuo spazio-temporale può essere distorto, ad esempio da potenti forze gravitazionali che influenzano il tempo tanto quanto piegano lo spazio. Sebbene fosse controversa quando Einstein propose l’idea, ora è possibile verificare il modo in cui le masse grandi deformano lo spazio-tempo, ad esempio confrontando gli orologi in orbita con quelli sulla Terra. Le misurazioni dei movimenti di oggetti massicci, come i pulsar, l’uno intorno all’altro confermano le previsioni della relatività generale riguardo al funzionamento dello spazio-tempo con una precisione sempre maggiore.
Queste misurazioni sono ancora in corso, in parte perché esistono teorie alternative alla relatività generale. Tuttavia, poiché queste accettano anche la natura del tempo come dimensione e la sua esistenza in un continuum con le dimensioni dello spazio, anche se una delle alternative alla fine si dimostrasse superiore, ciò non invaliderebbe lo spazio-tempo. Tuttavia, l’esistenza di queste teorie concorrenti è un riflesso del fatto che, sebbene sappiamo che il continuo spazio-temporale esiste, c’è molto che non comprendiamo. L’incapacità dei fisici di conciliare la relatività generale e la meccanica quantistica è stata una questione spinosa per decenni. Molti hanno suggerito che lo spazio-tempo quantizzato potrebbe essere la soluzione, ma finora nessuno ha trovato un modo convincente per dimostrarlo.
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