LA RELATIVITÁ GENERALE PROGETTO INTERDISCIPLINARE “STRALCI DI LUGO: leggo la mia città con gli occhi della scuola” Classi III.

Presentazione sul tema: "LA RELATIVITÁ GENERALE PROGETTO INTERDISCIPLINARE “STRALCI DI LUGO: leggo la mia città con gli occhi della scuola” Classi III."— Transcript della presentazione:

1 LA RELATIVITÁ GENERALE PROGETTO INTERDISCIPLINARE “STRALCI DI LUGO: leggo la mia città con gli occhi della scuola” Classi III

2 COME – QUANDO - PERCHÈ La teoria della relatività generale nasce come teoria unificante la relatività ristretta e la teoria della gravitazione universale di Newton: le due teorie sono infatti incompatibili. La teoria della relatività generale estende i concetti di base della relatività ristretta ai sistemi di riferimento non inerziali, che sono cioè in moto a velocità non costante e quindi soggetti a un'accelerazione. 1915 Terminato a novembre venne pubblicato all'inizio del 1916 e contiene la relatività generale.

3 I PRINCIPI FONDAMENTALI In assenza di gravità valgono le leggi della gravità ristretta. Un sistema in caduta libera in un campo gravitazionale (come un aereo o un ascensore) è del tutto equivalente a un sistema che si trovi in quiete o in assenza di gravità. L’ascensore, la persona e tutti gli oggetti presenti cadono con la stessa accelerazione g ⃗. Visto che tutti i corpi (l’ascensore, la persona, gli oggetti) hanno, istante per istante, la stessa velocità, alla persona sembra di «fluttuare» nell’ascensore, visto che non riesce a «poggiare» i piedi sul fondo. Inoltre, la persona vede gli oggetti fermi a mezz’aria di fianco a sé, come se fluttuassero.

4 È QUESTIONE … DI GRAVITÀ Einstein immagina un ascensore lasciato cadere senza alcun freno: tutti gli oggetti al suo interno cadrebbero allo stesso modo. Quindi per loro è come se la gravità non ci fosse affatto. Questa stessa esperienza la vivono gli astronauti della stazione spaziale internazionale. Einstein dedusse che un sistema in caduta libera in un campo gravitazionale è quindi equivalente a un sistema in quiete senza gravità (in cui valgono le leggi della Relatività ristretta). L’ISS mantiene la sua orbita grazie all’effetto della forza-peso che la «lega» alla Terra. Ma, allora, perché gli astronauti che si trovano all’interno della stazione appaiono senza peso?

5 Quindi sulla ISS (come anche nello Shuttle e in tutte le altre navicelle orbitanti) stazione e astronauta cadono con la stessa accelerazione. Muovendosi con la stessa legge del moto della stazione spaziale, l’astronauta si ritrova sempre fermo rispetto a essa e «fluttua» al suo interno. Lo stesso accade, naturalmente, a ogni altro astronauta e a tutti gli oggetti che si trovano nella stazione. È QUESTIONE … DI GRAVITÀ

6 LÀ, DOVE IL TEMPO SI FERMA Più gravità c’è e più il tempo scorre lentamente. Cioè la distorsione temporale è massima dove la gravità è estremamente alta. La gravità in un buco nero è ENORME. Se uno dei due gemelli di Einstein si recasse sul “bordo” di un buco nero, l’altro – rimasto sulla Terra, lo vedrebbe congelato nel tempo, e potrebbe anche aspettare un milione di anni senza vederlo invecchiare. Il tempo scorre più lentamente al mare piuttosto che in montagna. Con un preciso orologio atomico ciò si può calcolare.

7 NELLA BUCA! La massa distorce la struttura stessa dello spazio e del tempo. In assenza di materia (massa), lo spazio e il tempo formano una struttura piatta, come un telo teso. Se aggiungiamo una massa (ad esempio la Terra) è come se posassimo una sfera su questo telo, modificandone la struttura. La luna, per esempio, che in assenza di gravità seguirebbe una traiettoria rettilinea, resta intrappolata nella “buca” indotta dalla Terra nello spazio – tempo: quindi è costretta a girarle intorno. Tutto ciò spiega perfettamente le leggi gravitazionali dell’Universo.

8 LA MATEMATICA? È UN’OPINIONE! Se si altera il tempo di conseguenza anche lo spazio si altera. Quindi se la gravità è intensa anche le leggi di Euclide NON valgono più. Per esempio il rapporto tra una circonferenza e il suo diametro non è più pari a pi greco. Questo fenomeno, che è molto piccolo sulla Terra, diventa ben visibile in prossimità delle stelle più dense.

9 IL FUTURO? La distorsione dello spazio e del tempo rende teoricamente possibili i viaggi nel futuro e perfino nel passato. PARADOSSO DEL NONNO Gli astronauti che viaggiano nello Spazio di fatto, anche se in misura infinitesimale, compiono dei piccoli viaggi nel futuro. il cosmonauta russo Sergej Avdeyev, che è rimasto in orbita per 748 giorni, si è spinto nel futuro per 0,02 secondi. "noi fisici abbiamo finalmente capito che la natura del tempo è qualcosa di troppo importante per essere lasciata nelle mani dei soli scrittori di fantascienza!". Il problema non è il viaggio nel futuro, bensì quello nel passato. Chiariamo subito un punto: nessuno è finora riuscito a trovare una legge della fisica che impedisca i viaggi nel tempo (e in particolare nel passato), il che significa che questa idea fantascientifica non è incompatibile con le leggi a noi note. Il problema è che il viaggio nel tempo potrà anche essere possibile, ma non è fattibile, almeno con le tecnologie attuali.

10 GLI OROLOGI ATOMICI L'orologio atomico è un tipo di orologio in cui la base del tempo è determinata dalla frequenza di risonanza di un atomo, solitamente di cesio. Per fortuna non si sentono. Pensate al fastidioso tic tac di alcuni orologi, e immaginatelo ripetuto 9.192.631.770 volte: tante quante sono le oscillazioni di un atomo di cesio in un solo secondo. Sono quelle che scandiscono il tempo nella maggior parte degli orologi atomici, i più precisi al mondo: perdono un secondo solo ogni 2.000 anni circa. Il primo fu messo a punto nel 1955 con l’ammoniaca. Il suo inventore vinse il NOBEL per la fisica nel 1964. Perdeva un secondo solo ogni 300 anni circa. COSA SIGNIFICA RISONANZA DI UN ATOMO? Gli atomi oscillano sotto determinate condizioni. In realtà sarebbe più corretto dire che risuonano: assorbono ed emettono radiazioni elettromagnetiche con una precisione pressoché assoluta, sia che l'atomo si trovi sulla Terra sia che sia disperso in una galassia lontana milioni di anni luce dal nostro pianeta. Nel giro di sessanta anni gli orologi atomici sono andati oltre, diventando migliaia di volte più precisi. A far muovere le lancette, oggi non sono solo gli atomi di cesio, ma anche quelli di idrogeno, rubidio, stronzio e mercurio.

11 LA RELATIVITÁ DEI GPS GPS (Global Positioning System) è un’applicazione che si sviluppò a scopo strategico-militare negli USA a partire dai primi Anni ‘70. Il GPS si basa su una squadra di una trentina di satelliti che orbitano intorno alla Terra, ciascuno dotato di un precisissimo orologio atomico. Ogni satellite invia segnali nei quali è registrato il tempo esatto in cui sono emessi. E quando un ricevitore (es. in macchina) capta un segnale confronta il tempo di emissione con quello di arrivo e calcola la distanza dal satellite. I satelliti GPS si muovono a 14mila km/h dunque si muovono più velocemente dei nostri orologi sulla Terra  per la relatività gli orologi più veloci scandiscono il tempo più lentamente e in questo caso di 7 milionesimi di secondo al giorno. Orbitando a 20mila km di quota dalla Terra i satelliti GPS sono sottoposti a una gravità minore rispetto a quella sulla superficie terrestre  per la relatività gli orologi sottoposti a meno gravità scandiscono il tempo più velocemente e in questo caso di 45 milionesimi di secondo al giorno. Quindi sommando i due effetti gli orologi GPS avanzano più velocemente di quelli terrestri di 38 milionesimi di secondo al giorno. Poco? Niente affatto: se non si conoscesse questo fenomeno (grazie alla teoria della relatività) i nostri ricevitori, in un solo giorno, accumulerebbero un errore sulle posizioni di 10 km.