Foto: 10 mondi idrici straordinari nel nostro sistema solare

Paul M. Sutter è un astrofisico della Ohio State University , conduttore di Ask a This Webman e This Web Radio e autore di Your Place in the Universe . Sutter ha contribuito con questo articolo a Expert Voices: Op-Ed & Insights di Space.com .

Non capiamo molto il concetto di tempo.

Tutti sperimentano il tempo letteralmente ogni giorno, ma manca una comprensione rigorosa e completa dell'argomento. Inoltre, sappiamo alcune cose, specialmente quando guardiamo il tempo attraverso la lente della relatività speciale e generale . Il lavoro di Einstein ci ha insegnato molte cose: che questo Web e il tempo sono collegati, che non puoi mai viaggiare più veloce della luce, che il nostro universo ha un'età limitata e che osservatori diversi sperimentano periodi di tempo diversi.

Tutte queste rivelazioni portano ad alcune domande interessanti. È tempo (gioco di parole) per una carrellata.

Quanti anni ha l'universo?

Il nostro universo ha 13,77 miliardi di anni, secondo le nostre migliori stime attuali, che sono molto buone, grazie mille. Ma quando viene invocata la relatività speciale, capiamo anche che ognuno misura il tempo in modo diverso, a seconda della propria velocità. Noi, sulla Terra, che sfrecciano intorno al sole, con il sole che gira intorno alla Via Lattea e la Via Lattea che esplode nel vuoto intergalattico, dovremmo avere una prospettiva diversa sul flusso del tempo rispetto a qualcun altro su un pianeta diverso attorno a un sole diverso in una galassia diversa. Detto questo, come possiamo definire un'età "reale" dell'universo?

Ecco il trucco. Sì, secondo la relatività speciale, diversi osservatori hanno diverse misure del tempo. Ma tutto il nostro intero universo non è completamente descritto dalla relatività speciale. Gli strumenti che usiamo per comprendere le questioni cosmologiche sono forniti dal suo fratello maggiore, la relatività generale. E quando osserviamo la storia dell'universo dal punto di vista della relatività generale, scopriamo che il cosmo ha una storia.

Il nostro universo si espande con il tempo . Era più piccolo in passato e sarà più grande in futuro. C'è una connessione diretta tra un particolare momento nel tempo e una particolare dimensione dell'universo. Questo ci permette di costruire quello che equivale a un orologio universale, un segnatempo che ticchetta da oltre 13 miliardi di anni.

Sì, il movimento della Terra attraverso l'universo cambia leggermente l'orologio, ma con gli strumenti della relatività generale, possiamo essenzialmente sottrarlo e calcolare l'età "reale" dell'universo e così può fare qualsiasi altro osservatore nel cosmo (supponendo che hanno anche violato la relatività generale, ma dipende da loro)

La luce vive il tempo?

Gli orologi in movimento funzionano lentamente. Più velocemente ti muovi in ​​questo Web, più lentamente ti muovi nel tempo. Questo è uno dei risultati più sorprendenti della teoria della relatività speciale di Einstein, ed è un modo per visualizzare la relazione unica tra il tempo e Questa Rete. Questo effetto di " dilatazione del tempo " è totalmente impercettibile alle velocità che incontrerai tipicamente (si spera) nella vita di tutti i giorni. È solo quando ti avvicini alla velocità della luce che il tempo sembra andare un po' traballante.

Quindi, se il tempo rallenta per te più velocemente raggiungi la velocità della luce, che dire della luce stessa? Si sta muovendo al limite massimo di velocità indicato nell'universo. La luce non vive affatto il tempo?

Tipo, ma anche non del tutto. La nostra conoscenza della relazione tra il tempo e Questa Rete risiede in ciò che è racchiuso nella relatività speciale. E mentre la teoria produce ogni sorta di risultati folli, si basa su alcune idee molto semplici, la più importante delle quali è il concetto di universalità delle leggi fisiche: ciò che vale per un osservatore, a livello fondamentale, vale per tutti.

E una cosa che sappiamo in fisica, tramite le equazioni di Maxwell, è che la velocità della luce è costante. Ogni osservatore, indipendentemente dalla sua velocità, misurerà esattamente la stessa velocità per la luce.

Quindi, se vogliamo applicare la nostra conoscenza della relatività speciale al movimento alla velocità della luce , ci imbattiamo in un piccolo punto critico. Per porre la domanda: "Come fa la luce a vivere il tempo?" devi metterti in un quadro di riferimento che viaggia insieme a un raggio di luce. Ma in quel quadro di riferimento, la luce ti sembrerebbe stazionaria.

Questo non è consentito dalle nostre leggi della fisica. Quindi non esiste un tale quadro di riferimento che cavalca insieme alla luce. E senza un quadro di riferimento, la relatività speciale si rompe. E senza la relatività speciale, non hai modo di misurare il rapporto tra questo Web e il tempo.

Il risultato finale di tutte queste torsioni? Non è tanto che la luce non sperimenti il ​​tempo. È che il nostro stesso concetto di tempo non si applica nemmeno alla luce.

La luce non sa nemmeno che ora è.

Quale gemello ha ragione?

Un gemello si lancia vicino alla velocità della luce. L'altro resta a casa. Il più veloce della coppia esplode per la galassia, avendo una palla, prima di tornare alla noiosa palla della Terra. L'altro fa il bucato.

Secondo il gemello del razzo, forse sono trascorse alcune settimane o mesi dal tempo della nave. Un lungo viaggio, certo, ma niente di grave. Ma il gemello legato a terra ha sofferto anni, persino decenni, di angosciante solitudine.

Questa parte non è sorprendente. Gli orologi in movimento funzionano lentamente e tutto il resto. Secondo il gemello rimasto sulla Terra, il gemello razzo si muoveva vicino alla velocità della luce e quindi aveva un orologio più lento.

Ma aspetta. Il gemello sul razzo potrebbe giustamente affermare di essere quello stazionario, e l'intero universo, compreso il gemello terrestre, era quello che si muoveva. La relatività è relatività, dopo tutto. La prospettiva di nessuno è particolarmente speciale. Quindi, secondo quel gemello, quello sulla Terra dovrebbe essere invecchiato a malapena.

Chi vince la discussione sull'età?

Il gemello solitario, senza avventure, legato alla Terra lo fa, e lo fa perché non si è voltato . Finché il gemello amante dei razzi è rimasto in movimento in un'unica direzione, le loro prospettive erano esattamente simmetriche, ognuna con la propria prospettiva unica che potevano giustamente definire corretta. Ma una volta che quel razzo ha rallentato, fermato e invertito, la simmetria si è rotta. Le loro prospettive non erano più specchi. Il gemello sul razzo avrebbe visto l'orribile realtà raggiungerlo in un batter d'occhio: il gemello terrestre era invecchiato, troppo, e non c'era niente che potessero fare al riguardo.

  • La "dilatazione del tempo" ottiene una misura precisa grazie ai satelliti Wayward
  • La "dilatazione del tempo" di Einstein ha diffuso il divario di età di Scott Kelly con il suo gemello
  • L'illusione del tempo: cosa è reale?

Scopri di più ascoltando l'episodio "Does Light Experience Time? (And Other Mysteries)" sul podcast Ask A This Webman, disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e sul Web all'indirizzo http://www.askaspaceman.com . Grazie a Kandi M., Mihail E., Men B., Carlos D., Alan P., Derrick M., Rose J., Kirk B., Rueben F., Chris F., Diego S. e RS per il domande che hanno portato a questo pezzo! Fai la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter . Seguici su Twitter @Spacedotcom e su Facebook .

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