Questione di sistemi di riferimento

La relatività è uno dei concetti più ostici per chi si approccia alla fisica non proprio di base. Ma scommetto che guardando il video qui sotto – che è valso alla diciottenne filippina Hillary Diane Andales la vittoria del Breakthrough Junior Challenge 2017 e 250mila dollari in fondi per lo studio – molti aspetti risulteranno più chiari...

Che numero è questo esattamente? Lei dice che è un sei. Lei dice che è un nove. Quindi chi ha ragione? In realtà hanno entrambe ragione. L'hanno semplicemente visto in modo diverso, dal momento che lo hanno guardato da sistemi di riferimento differenti.

Ora, cosa sono esattamente i sistemi di riferimento? Si tratta di un insieme di assi per localizzare lo spazio e un orologio per misurare il tempo, rispetto a cui si fanno osservazioni.

Vado a dimostrarlo.

Una volta che questa macchina comincia a suonare il clacson, tutti e tre gli osservatori registreranno il suo suono. Ma il suono è un'onda. Le onde da una fonte in movimento, come la macchina, si "ammassano" sul davanti e si "allentano" sul retro. Quindi, nel nostro caso, quelli dietro la macchina dovrebbero sentire le onde sonore "allentate" – un tono basso – mentre quelli davanti dovrebbero sentire un suono acuto. Quando ho analizzato le loro registrazioni, ho trovato esattamente questo!

Quindi, quale suono stava davvero emettendo la macchina? Un suono acuto? Un suono di tono medio? Oppure un suono basso?

Beh, in realtà stava emettendo tutte e tre le tonalità contemporaneamente, ciascuna rispetto a un osservatore.

E se avessimo infiniti osservatori? In tal caso la macchina emetterebbe un numero infinito di suoni, ciascuno relativo a un osservatore. E anche se fossero tutti in disaccordo, nessun osservatore avrebbe torto: quello che ciascuno osserva è quello che il suono è.

Allo stesso modo, se io lanciassi questa palla a una velocità prossima a quella della luce, anche le sue onde luminose sarebbero "allentate" ed "ammassate", facendole apparire come colori differenti. Con infiniti osservatori, la palla sembrerebbe avere tutti i colori contemporaneamente, ciascun colore rispetto a un osservatore.

Quindi il suono e la luce sono relativi. Hai mai sentito dire che il tempo è relativo?

Considera un orologio luminoso con due specchi e un fotone che rimbalza tra di essi. Ogni volta che il fotone colpisce lo specchio inferiore, è un battito di tempo. Quindi, quando comincio a muovermi, vedo che viaggia su linee verticali. Ma dal tuo sistema stazionario viaggia lungo delle V. Quindi, poiché il fotone deve percorrere una distanza maggiore e la velocità della luce è costante, ciascun battito richiede più tempo rispetto a te. Quindi gli orologi in movimento funzionano più lentamente! E più velocemente corri, più lentamente ticchetta il tuo orologio.

Quindi, nelle gare olimpiche, Usain Bolt è in realtà il miglior viaggiatore nel tempo. Se corresse al 96,8% della velocità della luce e impiegasse 10 secondi per terminare una corsa in base al suo orologio, un giudice stazionario registrerebbe 40 secondi, e lui ovviamente protesterebbe! Ma la loro discussione sarebbe inutile, poiché il tempo è relativo!

Quindi, l'idea davvero strabiliante qui è che gli osservatori in sistemi differenti percepiranno versioni differenti della stessa realtà. E il sistema di ogni osservatore è ugualmente valido. Quindi, prima di cominciare a fare discussioni sulle osservazioni con altri, immagina te che osservi attraverso i loro sistemi di riferimento.

Auguro a Hillary Diane una brillante carriera come scienziata... e perché no, anche come divulgatrice scientifica, ché c'è sempre bisogno di gente che sappia spiegare in modo semplice le cose più difficili!
(via Focus.it)