La Relatività di Einstein nel quotidiano

Albert Eistein ha un secolo fa enunciato la Relatività Ristretta e la Relatività Generale. Siamo abituati a pensare a lui come un genio e alle sue teorie quasi fantascentifiche ma non è così.

Ogni giorno utilizziamo le sue teorie sulla Relatività senza saperlo. Ad esempio il sistema GPS funziona grazie alla relatività anche se non lo sappiamo vediamo perché.

Il GPS del nostro smartphone o del navigatore dell’auto ma anche di navi e aerei funziona grazie a 24 satelliti in orbita stazionaria rispetto alla Terra a 20.000 Km di quota. La loro disposizione consente di “vederne” almeno quattro da qualsiasi punto della Terra, oceani compresi.

Ogni satellite possiede un orologio atomico (al Cesio) che segna il tempo con scarti infinitesimali inferiori ad un nanosecondo/giorno.

Il sestante marino consente di misurare l’altezza delle stelle e da questa risalire alla distanza fra il punto ove ci troviamo ed effettuiamo la misura e quello sulla Terra che avrebbe la stella allo zenit. Il navigatore quindi, con calcoli non semplici, determina il punto che ha la stella allo zenit e la distanza da questo quindi con il compasso traccia un cerchio sulla carta nautica perché conosce il centro e il raggio. Tracciando altri due cerchi misurando con il sestante stelle diverse l’intersezione tra le tre circonferenze determina esattamente il punto nave.

Il GPS sostituisce i satelliti alle stelle e il chip del telefono effettua i calcoli sulla base della posizione dei satelliti e della distanza di questi dal telefonino. In pratica noi vediamo dove siamo sullo schermo del navigatore con un’approssimazione qualche metro.

L’approssimazione reale della posizione è di poche decine di centimetri ma il sistema GPS disponibile a tutti introduce errori casuali per evitarne un uso militare avverso o terroristico.

  • I satelliti tuttavia si muovono a velocità elevate di parecchi Km al secondo e per loro e per i loro orologi il tempo scorre più lentamente come previsto dalla Relatività Ristretta di Einstein e la Terra (e anche noi stessi) ci muoviamo e introduciamo ulteriori variabili della quali tener conto assolutamente incalcolabili per la Fisica di Newton
  • la Terra ha una massa enorme e genera un campo gravitazionale potente che modifica e distorce ulteriormente i meccanismi degli orologi e la propagazione delle onde radio
  • la Fisica di Newton, rappresenta una semplificazione frequentemente accettabile, valuta molte “costanti” che però tali non sono mentre la Fisica dei Quanti ne riconosce una sola quella della velocità della luce: unico dato realmente immutabile nell’universo. Questo significa che sistemi diversi (come i satelliti e il nostro navigatore) che si muovono a velocità diverse percepiscono intervalli temporali e misure fisiche diverse fra loro perché il tempo si dilata e lo spazio si contrae

Einstein ci ha insegnato che tutto questo curva lo spazio-tempo deformandolo. Se utilizziamo la Fisica di Newton con il sistema di posizionamento satellitare l’errore generato casualmente dalle approssimazioni sarebbe dell’ordine di decine di Km e renderebbe il sistema GPS inservibile.

Tenendo invece conto della Relatività Ristretta e Generale possiamo risolvere il problema semplicemente costruendo orologi per i satelliti geostazionari che scandiscono il tempo a velocità diverse accuratamente pianificate e determinare con esattezza la nostra posizione.

Le teorie della Relatività sono quindi parte della nostra vita e le utilizziamo ogni giorno anche senza saperlo quindi perché stupirci della Fisica dei Quanti e di quello che non conosciamo?

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