Dilatazione temporale e relatività

Dopo essermi letto tutto il "rompicapo dei gemelli" ho capito quasi tutto, l'effetto di Doppler, la relatività, i punti di vista dei diversi osservatori, tutto tranne una piccolissima e trascurabile cosa cercando per vari forum la risposta ho trovato sto tizio che in pratica chiedeva la stessa cosa che interessa a me:



come risposta ha ricevuto:



la cosa che io non capisco è, perchè passa più lentamente il tempo al tizio sull'astronave??? ho trovato le formule e bla bla... ma voglio sapere il motivo di questa dilatazione del tempo!!!! xke l'orologio va più piano! sarò stupido ma non riesco ancora a capirlo


se ti ostini a usare quelli delle merendine...
La dimostrazione si fa cn un orologio a luce: si considerano 2 specchi distanti "d" uno dall'altro, si considera 2d percorso da un raggio di luce come il periodo dell'orologio. In un orologio a luce di questo tipo in un sistema di riferimento S "relativamente fermo" la luce descrive 2d regolarmente. Se da S vediamo un sistema S' in moto il percorso della luce apparirà non più come un unico segmento retto ma come segmenti incidenti tipo un tetto --> /\

Ora il raggio di luce nell'orologio in S' "allunga" il percorso rispetto a quello in S ( parliamo sempre in riferimento ad S ) se percorre più spazio, a velocità costante, di conseguenza impiega anche più tempo --> dilatazione dei tempi.


orologio a luce in S visto da S

orologio a luce in S' visto da S

Con la relatività tramonta definitivamente ogni tentativo di trovare un sistema di riferimento assoluto. Esistono infiniti sistemi di riferimenti ed infiniti spazi/tempi ad essi associati. E il paradosso dei gemelli è lampante in questo senso

su questo forum ho sempre una gran paura di essere bacchettato
credo di aver + o - capito... più che altro risulta difficile credere ad una dilatazione del tempo!
forse nn ho capito bene come credevo me lo rileggerò con calma domani forse capirò meglio :P
Nessuno dei due si "accorge" che il suo tempo va piano o veloce.
La cosa si scopre confrontando gli orologi dopo il viaggio.
La questione è rappresentabile con un esempio: supponiamo che io e te facciamo una gara di corsa, a chi percorre prima un pezzo di strada, diciamo 100 metri.
Scegliamo una strada larga e ci prepariamo a correre.
Ora, io e te abbiamo una particolarità: andiamo esattamente alla stessa velocità.
Tu ti posizioni al centro della strada e corri dritto per dritto, io mi metto invece tutto a sinistra e corro verso l'angolo destro del traguardo, sempre seguendo una linea dritta.

Ovviamente, anche se abbiamo le stesse velocità, tu arrivi prima di me, mentre io arrivo dopo: ho scelto una traiettoria trasversale rispetto alla tua, dunque più lunga, nonostante le velocità; purtuttavia, in termini di lunghezza di gara, o se vuoi di proiezione del percorso sull'unica dimensione lineare di interesse, noi abbiamo fatto la stessa strada e, pur essendo andati alla stessa velocità, risulta che, per qualche ragione, io sia stato più lento di te.

Ora, per quanto riguarda la materia attuale, la situazione si ripresenta in maniera più o meno analoga. Tutti i corpi, qualunque corpo, si muove alla velocità della luce nelle quattro dimensioni: 3 spaziali + quella temporale.
Per comodità consideriamo una sola coordinata spaziale, nelle ascisse, e una temporale, nelle ordinate e faccio un esempio che non è corretto, ma che è comunque esplicativo.
Disegno ora un vettore che ha origine nel centro ed è disegnato nel primo quadrante (ovvero tempo e spazio positivi, per comodità).
La lunghezza del segmento rappresenta la nostra velocità: infatti, due segmenti di lunghezza differente che hanno come componente verticale lo stesso tempo presentano una componente orizzontale tanto più grande tanto più grande il vettore, quindi a maggior modulo del vettore corrisponde maggiore velocità.
Tuttavia, per questo esempio, non considero vettori differenti ma li prendo tutti uguali: tutte le velocità sono pari a C.
Ora, posso disegnare vari vettori, ognuno con una inclinazione A rispetto all'asse delle ascisse.
L'angolo A sarà funzione della massa del corpo e/o degli influssi gravitazionali o equivalenti.
Minore è la massa che possediamo (o se vuoi minore è l'influsso gravitazionale o equivalente che subiamo), minore sarà l'angolo A di inclinazione e viceversa.

Cosa scopri ora? Che se prendiamo un segmento con l'angolo più basso, la componente orizzontale (lo spazio) è maggiore e la componente verticale (il tempo) è minore. Nel nostro mondo solo spaziale, due oggetti che hanno due vettori differenti, li vedremo percorrere distanze uguali con tempi differenti; calcolando la velocità relativa dell'oggetto, relativa al tempo dell'osservatore che rimane fisso diremo che quello che ha l'inclinazione più bassa ha una velocità maggiore e misureremo che il suo tempo relativo è minore di un altro oggetto con un vettore associato di inclinazione maggiore.

Troveremo inoltre che se prendiamo un vettore di angolo nullo, la sua velocità sarà massima e pari alla lunghezza del vettore, che qui chiamiamo "c" e gli diamo un valore di qualcosa meno di circa 300.000 km al secondo, e il suo tempo sarà nullo.

Ovviamente il modello esatto prevede tutta una serie di aggiustamenti, adesso prendete l'esempio per quello che è: un modo semplice per rappresentare la variazione dello spazio/tempo nell'ottica relativistica.

Helm
account sbagliato -.-
ma perchè proprio alla velocità della luce il tempo si annulla? se, mettiamo, fosse possibile superare la velocità della luce, cosa accadrebbe ad una ipotetica persona che si tovasse in questo mezzo che va così veloce? il tempo sarebbe nullo? diminiuirebbe? (anche se mi pare alquanto improbabile) o non si sa? (e mi pare quella più logica :P)


E' una costante universale, quella della radiazione senza massa. Non c'è una ragione in se. Se c fosse di 499994782974979827594278529 Km/s la luce andrebbe a quella velocità e non avrebbe massa.

E' una definizione insomma: c è la velocità alla quale il tempo si annulla; fisicamente solo una particella di massa zero può andare a quella velocità.

L'universo è definito da una serie di costanti: la velocità di einstein c, la distanza di planck h, la massa dell'elettrone, il numero di palle standard di profitteroles che un umano può mangiare, e così via.
Esistono teorie che dicono che questi valori sono gli unici possibili e ogni volta che l'universo nasce prende questi valori; altre teorie dicono che ci sono molti universi, ognuno in rapidissima espansione uno dall'altro e dunque irraggiungibili, ognuno dei quali assume differenti valori e questo è quello che ci è toccato; altre ancora che descrivono l'universo in maniera differente, come la teoria delle stringhe. Da qui in poi si apre l'intera cosmologia e non ha senso una risposta qualunque, prendi i valori per quelli che sono: costanti universali.

Un corpo di materia convenzionale dunque non può andare fisicamente più veloce della luce, rimanendo nello spaziotempo.

Ma ci sono cose che vanno più veloci (o possono andare più veloci) di c: ad esempio l'universo si espande a una velocità probabilmente maggiore, cosa tra l'altro prevista dalle equazioni di Einstein.
Questo però non cambia assolutamente nulla: il tempo è qualcosa che si misura all'interno dell'universo, e noi, pur viaggiando a velocità maggiore di c rispetto alle altre galassie, rimaniamo all'interno della relatività.

Ci sono inoltre particelle di materia non convenzionale, quella chiamata materia oscura, la quale non è costituita da protoni, elettroni, neutroni e tutta la materia abituale; per questa materia le leggi possono essere qualunque, ma comunque non cambia la questione del tempo: esisterà una relazione fra il loro moto e il loro tempo relativo, e non cambia molto con la materia attuale.

Se la teoria (o una delle varie teorie) delle stringhe è vera, allora ci sono altre dimensioni ed altre particelle di cui noi ne vediamo solo la proiezione nel quadrispazio (ovvero lo spaziotempo). Per quelle particelle magari la limitazione non conta, e purtuttavia la loro proiezione nel nostro quadrispazio ancora rispetterebbe il limite della luce.

Il concetto, invece, di andare "indietro nel tempo" è un concetto difficile da costruire. Indietro, infatti a quale tempo? il mio? il tuo? quello della Luna? quello dei fotoni che escono in questo momento dal tuo monitor? Ognuno ha un tempo relativo. Per immaginarlo considera una pagnotta lunga, e facciamo finta che quella sia tutto lo spazio tempo. Ora, ogni fetta che tagli con la stessa inclinazione, corrisponde ad oggetti con la stessa velocità, ma a differenti punti dello spazio tempo; ogni fetta che fai più storta, corrisponde a una velocità differente. Stesso spaziotempo, differenti fette di esso per ognuno di noi.
Andare indietro nel tempo, non ha senso in realtà: il "tempo orario" è una percezione che hai che dipende dalla tua velocità di movimento, e come avviene in un percorso stradale, anche facendo inversione a U sulla strada, e ripassi per gli stessi luoghi, non è che il tuo tempo torna indietro: comunque sono cose che avvengono "dopo" quelle che sono già avvenute.

Helm

Helm

Non mi convince per nulla. Non è falso, ma sbagli l'ordine di implicazione:
Il tempo si annulla poiché c è la velocità della luce.
Non è una definizione: è una deduzione.

In breve (troppo):

Si parte dall'esperimento di Michelson-Morley:
Dopo tale esperimento si sa che la luce ha velocità isotropamente costante (cioè costante in tutte le direzioni a prescindere dal sistema di riferimento in cui si effettua la misura).

Si ripercorrono i postulati della fisica partendo dal Principio di Relatività ("Le leggi della fisica mantengono la stessa formulazione in tutti i sistemi di riferimento") e cercando di incorporarvi il risultato dell'esperimento di Michelson-Morley.

Risultato di questo procedimento sono, per esempio, le leggi di trasformazione delle coordinate della relatività speciale, dette in breve "Trasformazioni di Lorentz". Esse permettono di passare da un sistema di riferimento ad un altro.

Più in generale si ha l'introduzione del concetto di spazio-tempo: un'entità fisica corrispondente ad uno spazio vettoriale geometrico a quattro dimensioni, il cosiddetto "Spazio di Minkowski".
Si dimostra che esiste una quantità invariante rispetto a trasformazioni di Lorentz: la distanza Minkowskiana S=(x^2+y^2+z^2-(c*t)^2).
Cosa significa cio'?
Abbiamo trovato una distanza (atipica, dato che puo' assumere valori negativi) tra due eventi spazio-temporali, che non varia se ci spostiamo da un sistema di riferimento ad un altro.

Poniamo un evento spazio-temporale all'origine del nostro sistema di riferimento.
A questo punto possiamo vedere quanto vale la distanza tra noi (l'origine) ed un qualsiasi altro punto dello spazio-tempo.

In particolare si possono distinguere 3 casi.
S=0 l'evento si trova in una posizione che sta sull'ipercono di radiazione elettromagnetica.
Sembrano paroloni ma è facile: immagina l'ipercono come una sfera centrata nell'origine che si espande a velocità c.
S>0 l'evento sta nell'ipercono (ovvero all'interno del cono-luce).
S<0 l'evento sta al di fuori dell'ipercono (ovvero "altrove" al cono-luce).

In particolare: alla velocità della luce si ha che S=0, in particolare si dice che si annulla il "tempo proprio" della "particella" in esame.

Nota: "tempo proprio" è il tempo misurato con l'orologio della particella. (E viene di solito indicato con la lettera tau).

Nel sistema di riferimento della particella si ha che tau=t; (ovvio)
Nel nostro sistema di riferimento si ha che tau=F(x(t),y(t),z(t),t).
nel caso: tau=( (x)^2 + (y)^2 + (z)^2 - (c*t)^2 )^0.5

se la particella va a velocità c abbiamo che (S=0)
(x)^2 + (y)^2 + (z)^2 = c*(t)^2

e quindi il tempo proprio della particella (tau) è nullo.
Grosso modo si potrebbe dire che il nostro tempo scorre infinitamente più veloce di quello della particella che viaggia alla velocità della luce.

Ora si ha un postulato:
Nessun segnale si propaga più velocemente della luce.
Conseguenze:
1) S>0 e t>0: l'evento puo' essere raggiunto da un segnale (più lento della luce);
2) S>0 e t<0: l'evento ci puo' parlare con un segnale (più lento della luce);
3) S=0 e t>0: l'evento puo' essere raggiunto solo da un segnale elettromagnetico (come la luce);
4) S=0 e t<0: l'evento ci puo' parlare con un segnale elettromagnetico (come la luce);
5) S=0 e t=0: l'evento coincide con l'origine (ovvio);
6) S<0: l'evento non puo' essere raggiunto ne ci puo' raggiungere con segnali elettromagnetici.

Tenendo conto dell'ultimo postulato possiamo stabilire:
caso 1) e 3): FUTURO=insieme degli eventi sui quali possiamo influire con segnali (elettromagnetici al limite).
caso 2) e 4): PASSATO=insieme degli eventi che possono influire su di noi con segnali (elettromagnetici al limite).
caso 5) PRESENTE=l'origine del nostro sistema di riferimento spazio-temporale.

Quello che tu ti chiedi (giustamente) è: cosa succederebbe se il postulato fosse falso? Se esistesse un qualcosa che si propaga più velocemente della luce?

La risposta che io ho avuto premura di verificare con conti matematici è che sarebbe possibile stabilire un collegamento tra il nostro evento origine (Il PRESENTE - A) con un evento B al di fuori del cono-luce (ovvero nell'ALTROVE).
E fin qui nulla di male...
...se non fosse che, a seconda del sistema di riferimento potrebbe apparire che A è causa di B (poiché avviene prima) oppure il viceversa.
In altre parole andrebbe a farsi benedire il principio di causalità.
Mi scuso per la stringatezza del tutto, anche se non sembra stringato.
Spero di aver centrato la questione.
Se trovi qualcosa di oscuro vedrò di chiarire.
grazie mille ad entrambi! siete stati molto chiari!
mi scuso per queste domande banali ma non ho mai avuto a che fare con questa roba ma mi sta affascinando molto, e credo proprio che approfondirò le mie conoscenze in materia!!! Grazie mille ancora!
de nada
:morning:

Ti posto il titolo e dettagli del manuale più chiaro che io conosca:
Taylor-Wheeler "Spacetime physics"

E poi non sono per nulla domande banali.
altra domanda abbastanza del cavolo :P
http://www.pubblinet.com/gazzetta.htm#La_notte
secondo questa teoria, se l'espansione dell'universo dovesse rallentare sotto la velocità della luce, arriverebbe il giorno che non esisterebbe più la notte? oppure arriverebbe cmq prima o poi (tra millemila fantastilioni di anni xò :P)


qui c'è un animazione carina che spiega l'orologio a luce
http://www.new-dimension-software.com/scienza/relativita-del-tempo.php
Tsunemoto, non è proprio come dici tu, nel senso che il tessuto spaziotemporale e dunque la sua costante universale c vengono prima della radiazione elettromagnetica. Il tempo si annulla a c non come conseguenza ma per la natura stessa del quadrispazio: noi tutti ci muoviamo alla velocità della luce, però i tensori che hanno come "inclinazione" quella per cui v nelle tre dimensioni spaziali è uguale a c hanno t relativo = 0.
Le coppie (v,t) nel quadrispazio sono insite nella natura stessa del nostro universo e definiscono la nostra visione relativa degli eventi, tanto che, come è noto, per ogni persona il presente è qualcosa di differente: due eventi possono essere coincidenti solo per gli osservatori posti nelle medesime posizioni e con la stessa velocità; per gli altri assisteremo inevitabilmente a un disallineamento.

Comunque è solo un dettaglio e non cambia la sostanza ma se ti interessano queste visioni più "complete" delle teorie scientifiche ti consiglio l'ottimo "Spazio, tempo, realtà" di Greene.

Helm


D'accordo, ma più che altro io miravo a sottolineare l'evoluzione storica (ed euristica) del concetto.
Nella mia chiave di lettura si parte da esperimenti per arrivare alla definizione della teoria della relatività ristretta.
Tu invece dai per assodata la teoria e ridefinisci c come la velocità alla quale il tempo proprio si annulla.
Questione di punti di vista, ma credo che il mio sia più intuitivo.


Qua non ho proprio capito cosa intendi e perché l'hai scritto...
Ho scritto in maniera veramente criptica, scusami ma ero di fretta.
Voglio dire questo: una volta che tu ti muovi a una velocità v, il tuo tempo t è fissato dalla natura dello spaziotempo, ovvero esiste una relazione fra la tua velocità e lo scorrere relativo del tuo tempo personale. Questo comporta che due osservatori con velocità differenti, non avranno la stessa opinione sulla coincidenza di due eventi, ad esempio l'arrivo contemporaneo di due treni in due stazioni: per una persona arriveranno insieme, per un'altra arriveranno sfalsati. Il presente, dunque, per i due osservatori, può avere delle differenze e dunque lo avrà anche il passato e il futuro; ciò vale anche per due osservatori posti in due punti differenti (a grande distanza) anche se hanno la stessa velocità: a causa della distanza stessa, i segnali provenienti dai due treni, pur partendo allo stesso istante, arriveranno necessariamente in tempi differenti, essendosi l'osservatore spostato nel frattempo in modo significativo; così un segnale dovrà fare più strada dell'altro e ci sarà il disallineamento.

Helm
... bon, ora ho capito cosa hai scritto ma mi sfugge ancora il perché (cosa ci azzecca con la def della velocità della luce?)...


Non c'entra molto con la velocità della luce, ma c'entra con la domanda iniziale del perchè non è sensato parlare di viaggiare indietro nel "tempo", dato che ogni tempo è differente da ogni osservatore.