La Macchina del Tempo

Simulatore relativistico delle conseguenze della Teoria

della Relatività su spazio, tempo e massa

di Domenico De Riso

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Le vostre opinioni a
de.riso@vertebra.com

Rapidamente, un breve viaggio nel tempo!

• Impostare una data futura in "live at".
  Consiglio solo poche ore o minuti più avanti del tempo corrente del vostro sistema
• Lasciare stare "in" la durata del viaggio nel tempo di 1 minuto
• Premere "accelerate".
  Tutto è automatico. Anche la decelarazione.
  Il programma provvede ad accelerare fino a raggiungere la velocità calcolata e visualizzata nel riquadro "INFORMATION". Poi aspetta nell'iperspazio per il tempo scelto (default: 1 minuto). Poi decelera fino alla velocità zero.
  Alla fine si possono osservare i display che segnano tempi DIVERSI
  Se si preme manualmente "decelerate" il viaggio termina prima di aver raggiunto il tempo futuro impostato.
  Attenzione! Il tempo di arrivo potrebbe non essere perfettamente quello deciso nelle impostazioni. Questo perché ad alte velocità, decidere (per il programma) di cominciare a decelerare un microsecondo prima o dopo potrebbe corrispondere nel sistema di rifierimento a Terra (o sul sistema non in moto relativistico) a minuti, ore o giorni.

Introduzione
La macchina del tempo è sempre rimasta, tra le invenzioni, nell’elenco di quelle irrealizzabili. Nonostante la sua difficile possibilità di esistere, è già stata parecchio utilizzata per fini fantascientifici sia letterari che cinematografici, ahimè, spesso senza tenere assolutamente conto della sua reale ipotizzabile fattibilità.

Allora molti si chiederanno: ma perché la realizzazione di una macchina del tempo potrebbe avere addirittura una base scientifica?

Ebbene sì! Viste le ultime (e penultime) scoperte e supposizioni della Fisica Teorica pare che sia diventato più giusto dimostrare la NON validità di una teoria che la sua possibile validità. Insomma sembra che bisogna ritenere che tutto è possibile, salvo dimostrare il contrario. Naturalmente questa è un grossa esagerazione, ma se leggete qualche articolo o qualche libro sulla Fisica Quantistica o sulla Teoria Relativistica vi accorgerete che temi come:

• "Osservatori che sincronizzano i loro orologi atomici posti ad altitudini diverse, osservano tempi diversi".
  E, pensate, gli orologi atomici posti ad altitudini uguali segnano, per secoli, tempi uguali. Questa e' una delle maggiori prove dell'esattezza della Teoria della Relatività.
• Oppure, "una massa che attraversa un ostacolo nel quale siano stati praticati due fori, non si sa, alla fine dell’esperimento, per quale foro sia passata, anzi, analizzati i risultati, si conclude che sia passata per entrambi allo stesso tempo!" (frange d'interferenza della luce)

Leggete qualcosa sulla teoria ondulatoria della materia.
Vi consiglio un libro di Stephen Hawking, una delle menti "fisiche" oggi più famose:
"A brief history af time" o, se preferite la versione italiana "Dal big bang ai buchi neri". Tale libro descrive in un modo relativamente semplice (basta la fisica scolastica e niente formule) le nuove teorie dell’universo macroscopico e microscopico fino alla teoria GTU ovvero "Everything theory" cioè la "teoria del Tutto". Oggi per il ricercatore medio non è facile formulare teorie perché risulta molto difficile dimostrarne la validità. Lo stesso Hawking afferma che solo chi sta al "vertice" delle equipe di scienziati ha la possibilità di verificare i risultati dei propri esperimenti, perché possono essere condotti solo in laboratori dotati di apparecchiature costosissime. Anzi, sta diventando difficile anche per questi ultimi, dal momento che le teorie progrediscono senza difficoltà, mentre i costi per verificarle sono oramai così alti che nemmeno organizzazioni governative possono permetterseli.

Però simulare una teoria resta sempre un gioco affascinante.
Per questo ho realizzato questa applet in Java che simula un viaggio nel tempo futuro e mostra le conseguenze sullo spazio e massa di colui che viaggia.

Viaggiare nel tempo
Hawking ritiene che un viaggio nel tempo, anche se teoricamente possibile, sia con certezza impossibile per un motivo ben preciso: se il tempo sarà percorribile dagli uomini futuri significa che oggi dovremo aspettarci visite da costoro!
Ma io non sono affatto d’accordo. I motivi di nessuna visita potrebbero essere due:

• Ipotesi pessimistica
  Se il tempo è percorribile non è detto che l’uomo futuro riesca a progredire tanto da potersi permettere un viaggio temporale prima che la sua civiltà finisca.
• Ipotesi filosofica
  Se il tempo è una dimensione dinamica come lo spazio allora l’uomo, nonostante ricordi il passato come unico, potrebbe avere la sua storia continuamente variabile!? E fra tutte le storie possibili che potrebbero alternarsi non può esistere nemmeno una sola contenente un viaggio nel tempo.
  Questo perché potrebbe perturbare eventi passati o futuri e quindi autodistruggere lo stesso iper-uomo (un uomo con la sua storia).
  Dunque le sole storie possibili sarebbero quelle non contenenti un tale viaggio.
  Per esempio potrebbe essere distruttivo per l’umanità conoscere la data della propria fine...Allora l’uomo futuro potrebbe ritenere inopportuno fare viaggi nel tempo anche se la tecnologia lo permetterà. Magari possibili ritorni solo di qualche giorno o ora per aggiustare eventi "andati male", un po' come nei telefilm della serie "Seven days", dove il protagonista può ritornare indietro nel tempo di 7 giorni e riparare danni causati da cattivi eventi dei quali già conosce il futuro.

Strumenti dell'applet
Quest’applet simula un viaggio relativistico e l’osservazione degli effetti conseguenti.
Il quadro mostra all’inizio due grandi display. Quello celeste rappresenta il tempo sull’astronave e quello giallo il tempo sulla Terra o su un sistema solidale con l'ipotetica strada.
Dunque, per farla breve, il tempo dell'orologio a bordo sarà uguale al tempo corrente che e' uguale a quello dell'orologio al vostro polso o dell'orologio del computer che state utilizzando.
Il display giallo è corredato di un altro piccolo display dello stesso colore che rappresenta la data del giorno sulla Terra che avanzerà (quando sarete a velocità prossime a quella della luce) molto velocemente. Le ore e i giorni trascorreranno in un battibaleno, mentre il display di bordo avanzerà di soli pochi secondi.

Un altro display mostra le migliaia di chilometri percorsi mentre ancora un altro mostra una massa standard di 70 Kg aumentare quando aumenta la velocità. Questo è però solo un fatto rappresentativo che è valido anche per i tempi. Infatti i tempi che vedrete variare velocemente o lentamente sono tali per il sistema in cui NON vi trovate (la Terra). La sensazione di un secondo sarà sempre la stessa a cui siete abituati perché dipende da un fattore esclusivamente biologico.
Così la massa che varia è solo un fatto rappresentativo.
Allora a cosa serve il display della massa?
Il display della massa mostra come viene vista la vostra massa di 70 Kg quando passate (a velocità prossime alla luce) davanti agli occhi di un osservatore solidale con l'ipotetica strada o sulla Terra.

La prima finestra a sinistra è uno strumento di bordo dell’astronave e mostra la contrazione dello spazio.
Il verso in cui si muove l’astronave è a 0°. I -90° e 90° che corrispondevano perfettamente ai lati destra e sinistra prima di partire tenderanno sempre di più al verso del moto (0°). Il fenomeno della contrazione dello spazio è uno dei risultati più facilmente osservabili perché anche viaggiando a poche frazioni della velocità della luce si ottiene una contrazione notevole.
Per esempio ciò che del firmamento potrebbe essere visibile a 30° si vedrà a soli 10°12’ a velocità 0.8c (c = velocità luce), mentre, ed è notevole, ciò che è visibile a 120° (praticamente dietro) viene visto a 60°.(avanti).
L’ultima affermazione è vera perché ci troviamo praticamente nell’iperspazio e non più nello spazio.
Il firmamento precedente era solo una minima parte di quello realmente esistente e tutto ciò che adesso abbiamo dietro e che possiamo osservare girando la testa, non potrebbe essere visibile dalla Terra se non in un piccolissimo punto dello spazio.
Più si aumenta la velocità e più le immagini precedenti si accumulano dinanzi a noi, mentre intorno a noi sbucano altre visioni prima di allora sconosciute o, almeno, compresse.
Questo tipo di visione viene rappresentato in maniera realistica dalla seconda finestra:
Tale finestra suppone che si stia viaggiando su una strada a cui lati sono disposti dei pali di colore verde. Questa strada è molto lunga, diciamo quanto il raggio Terra-Sole dell' orbita terrestre, mentre un’altra serie di pali azzurri circonda tutta l’orbita di rivoluzione della Terra.
Bisogna notare che in questa simulazione i pali lungo la strada sono ipotizzati ad una distanza tra loro di milioni di chilometri. Ciò che viene calcolato in ogni fotogramma dell'animazione e' il comportarsi della luce proveniente dai pali che riempiono gran parte della volta celeste dell'osservatore.
A velocità prossime a 0.3c si nota la "piegatura" dei pali nel verso del moto e addirittura alcuni pali che, mentre da un osservatore sulla Terra o fermo lungo la strada sono visti in una posizione più arretrata, possono essere invece osservati ancora in posizioni avanzate, come non ancora raggiunti.

Conclusione bizzarra
Perciò quando avete fretta non correte troppo, la vostra meta potrebbe apparire irraggiungibile e chi aspetta nel luogo di destinazione potrebbe attendere per giorni o anni (anche se a voi sembrano istanti). Come dire "tutto è relativo!" (A. Einstein).

Attraversare l’iperspazio è un po’ come volare
Un uomo comune di alcuni secoli or sono poteva ritenere la Terra come una piattaforma infinita. Il suo mondo era considerato per lo più bidimensionale. Solo raramente, per le colline e le montagne, la terza dimensione poteva influenzare tale concezione. Così noi dalla Terra consideriamo lo spazio. Una "piattaforma tridimensionale" ove la quarta dimensione è per lo più costante (il tempo che scorre in maniera costante).
Quando l’uomo primitivo, alla sua prima esperienza di volo nello spazio, ha notato che il suo vecchio mondo si restringe tanto, quanto più egli si allontana da esso (prospettiva), ha capito che l’altezza o la terza dimensione può influenzare parecchio la sua precedente e usuale visione del mondo. Così viaggiando a velocità relativistiche il firmamento che ci circonda si restringe in un piccolo punto dinanzi a noi e la nuova visione del firmamento diventa notevolmente diversa da quella usuale.

Software su base scientifica
Quello che si vede apparire negli strumenti di quest'applet è basato esclusivamente sui risultati delle formule relativistiche. Non è stato fatto niente per aggiustare o modificare problemi grafici. L'unica eccezione è l'accelerazione che non viene ritenuta come la causa di sistemi non inerziali, ma come una sequenza successiva di "velocità costanti". Questo, però, e un problema forzato perché se si volesse realmente simulare le accelerazioni reali sopportate dal corpo umano, il tempo per raggiungere la velocità opportuna durerebbe molto tempo! (forse secoli!)

Se v è la velocità relativistica e c la velocità della luce le formule sono:

• la somma di velocità tra V and v è: (V + v) / (1 + V*v/(c*c))
• la dilatazione temporale è: t1 = t0 / sqrt(1 - v*v/(c*c))
• l'aumento di massa è: m1 = m0 / sqrt(1 - v*v/(c*c))
• La contrazione dello spazio viene calcolata così:
  Se l'angolo tra il verso del moto e un raggio di luce proveniente da una qualsiasi parte dello spazio è an0 allora: an1 = (v + cos(an0))/(1 + v*cos(an0))

Focus Extra n.3 (Numero Speciale Estate 2000) pag. 115 nell'articolo "Che cos'è l'iperspazio".