Gemelli diversi

Gemelli diversi

Il tempo è relativo. Orologi in moto tra loro misurano la durata di uno stesso fenomeno differentemente. Questa è una delle prime, bizzarre, rivoluzioni einsteiniane. Talmente bizzarra che alcuni pensatori dell’epoca diffidarono pubblicamente di queste conclusioni. Raymond Queneau, autore del delizioso libro Esercizi di stile, arrivò a dichiarare in pubblico: «Ultimamente [la relatività] è molto di moda, ma sembra non ci sia nulla da capire… poiché sembra non reggere alla prova dei fatti; quando gli orologi di una stazione segnano le 8, sul treno non sono le 8 meno 5, anche se il treno va veloce».

Tra l’altro questo effetto relativistico, conosciuto come dilatazione dei tempi, influenzerebbe non solo il tic tac degli orologi, ma ogni fenomeno fisico, compresa la vita stessa delle persone. Se così non fosse, confrontando il ticchettare di una lancetta con un dato fenomeno di cui si conosce la durata, si potrebbe rilevare se si è in moto… ma questo farebbe cadere completamente il principio di relatività di Galileo, elevato da Einstein a rango di postulato (si può leggere a questo proposito “Il potere dei sogni”, e “L’esperimento cruciale e l’esito nullo”). Ciò è inaccettabile! Se il fenomeno esiste, deve essere reale.

Per capire meglio di cosa sto parlando, immaginate che due gemelli, Albert e Bob, decidano di vivere la loro passione per la scienza in maniera completamente diversa, il primo dedicandosi allo studio chiuso nel suo ufficio alla NASA, il secondo, invece, diventando astronauta e partendo per lo spazio: un viaggio di andata e ritorno a velocità prossime a quella della luce! La teoria della relatività di Einstein prevede che al suo ritorno Bob sia invecchiato molto meno di Albert. Per una velocità media pari a circa 0,99 volte quella della luce, a fronte di un viaggio durato per l’astronauta 3 anni, per lo studioso ne sarebbero passati circa 20. Salutatisi a 45 anni si rincontrerebbero a un’età rispettivamente di 48 e 65 anni…


Lo scetticismo, in questi casi, pervade chiunque, anche i fisici! Fu così che, nel 1971, due scienziati cercarono 2 “gemelli” per mettere alla prova dei fatti la teoria. Joseph Hafele e Richard Keating si procurarono 2 orologi atomici al cesio: dispositivi con una precisione del miliardesimo di secondo e in grado di “perdere”, l’uno rispetto all’altro, non più di due o tre “tic” l’anno!

Verificata la loro sincronizzazione, ne caricarono poi uno su un aereo e lasciarono l’altro a terra (l’esperimento è in realtà più complesso, ma concettualmente equivalente). Al ritorno, dopo appena 50 ore di volo, l’orologio che aveva fatto il giro del mondo era “più giovane” di circa 270 battiti! In poco più di 2 giorni, aveva perso quello che non avrebbe perso in 100 anni! Ma, cosa ancora più sconvolgente, i dati erano in perfetto accordo con le previsioni teoriche[1]!

L’effetto è quindi reale, anche se alle velocità a cui ci muoviamo noi è talmente piccolo da essere trascurabile. Pur essendo ininfluente per noi, però, non lo è per i satelliti, ad esempio: il funzionamento del GPS è uno dei risvolti più utilizzati della teoria.

Dobbiamo quindi accettare che il tempo non è affatto come ci appare quotidianamente…

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Le stesse tematiche le tratto ampiamente il Prima, dopo, ora: conferenza spettacolo per superiori e pubblico adulto

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Il presente articolo è stato pubblicato sulla rubrica “Fisica? Un gioco.” – Sapere, ottobre 2018 – ed. Dedalo.


[1] In realtà gli effetti coinvolti erano diversi e la misura fu verifica sperimentale per tutti, ma non è obiettivo di queste poche righe trattare, tra l’altro, anche la relatività generale. Per chi volesse approfondire consiglio Relatività: la rivoluzione

3 thoughts on “Gemelli diversi”

  1. ciao luigi.
    innanzitutto grazie per il feedback, i complimenti e, soprattutto, il commento.
    lasciami solo aggiungere e sottolineare due cose.

    innanzitutto le “battute”: negli articoli che scrivo per sapere sono limitate (in questo ho anche sforato leggermente) e in così poche parole devi riuscire a essere interessante, comprensibile e rigoroso. è una vera e propria sfida, che mi piace moltissimo proprio perché difficile, e che porta, necessariamente, a “non raccontare mai tutta la storia”. ma l’obiettivo è creare interesse (in primis, non l’unico). da cui la scelta oculata delle parole e del non detto… so benissimo che se non si scomoda la generale l’eseprimento di Hafele Keating resterebbe incompreso…

    però esistono altri “gemelli”, su cui potremmo riflettere, e su cui forse la generale non serve… i muoni. che dici?

    1. La storia di come i fratelli grassi degli elettroni arrivino fino al suolo è bellissima, perché raccontandola si mostrano le due facce (o punti di vista) della relatività.
      Aspetto di leggerti.

  2. Ciao Federico, ti apprezzo e ti seguo da quando venni ad un tuo spettacolo al teatro Dehon, trascinandomi dietro mia moglie e una coppia di amici.
    Questa volta devo però intervenire, perché Albert è una delle mie passioni.
    Il “Paradosso dei gemelli” è molto di più di questo!
    I gemelli furono proposti la prima volta dal fisico Paul Langevin proprio a Bologna nel 1911, nel corso del IV Congresso Internazionale di Filosofia. Egli rese molto più teatrale l’esperimento mentale di Einstein mettendo due persone che invecchiano al posto di due orologi che ticchettano. Albert, nel suo rigore scientifico, parlava sempre e solo di orologi e di righelli (gli osservabili). Allora però non si parlò del paradosso, perché il paradosso sconcertante è che per la relatività (qualsiasi relatività) ogni fenomeno è “rovesciabile”.
    Per il gemello sulla terra è quello sull’astronave che si è mosso e quindi resta più giovane. Ma per il gemello sull’astronave E’ QUELLO RIMASTO SULLA TERRA CHE SI E’ MOSSO, quindi è lui che dovrebbe essere più giovane al ritorno. E’ questo lo splendido paradosso. Che si spiega perché in questo esperimento mentale i due gemelli non sono stati, l’uno rispetto all’altro. in moto rettilineo e uniforme come richiede la Relatività Ristretta, infatti c’è stato un allontanamento e poi un riavvicinamento. Come giustamente fai notare si entra nel campo della Relatività Generale.
    La Relatività Ristretta invece, obbligando gli osservatori a muoversi in moto rettilineo e uniforme, è molto più triste. Gli osservatori (che non possono essere gemelli e nemmeno parenti) si potranno incontrare solo una volta. solo per un attimo, e poi si perderanno per sempre nello spazio. Nessuno diventa più giovane o più vecchio di un altro solo per la Relatività Ristretta.
    Buon lavoro e buon proseguimento del tuo ottimo impegno
    Luigi

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