Nella Teoria della Relatività Speciale, Einstein ha stabilito che il tempo è relativo–in altre parole, la velocità con cui il tempo passa dipende dal tuo quadro di riferimento. Proprio come gli osservatori in due diversi quadri di riferimento non sono sempre d’accordo su come descrivere il movimento di una palla che rimbalza, non sono sempre d’accordo su quando un evento è accaduto o quanto tempo è durato. Un secondo in un quadro di riferimento può essere più lungo rispetto a un secondo in un altro quadro di riferimento.
Più veloce si muove un orologio, più lentamente passa il tempo secondo qualcuno in un diverso quadro di riferimento. Per spiegare questo risultato sconcertante, i fisici fanno riferimento a un esperimento mentale che coinvolge un orologio che usa la luce per segnare il tempo. Anche se questo esperimento dell'”orologio di luce” è ipotetico, gli stessi effetti sono veri per qualsiasi orologio, dai vecchi orologi del nonno agli orologi atomici, i più precisi dispositivi di misurazione del tempo disponibili. Il tempo è relativo anche per il corpo umano, che è in sostanza un orologio biologico. L’effetto del rallentamento del tempo è trascurabile alle velocità della vita quotidiana, ma diventa molto pronunciato a velocità che si avvicinano a quella della luce.
Cos’è un orologio luminoso?
Immaginate un orologio che consiste in un impulso di luce e due specchi, uno in cima all’orologio e uno in fondo. L’orologio “ticchetta” quando l’impulso raggiunge lo specchio in cima all’orologio e “ticchetta” in fondo. L’impulso rimbalza avanti e indietro tra gli specchi ad una velocità costante. Quando l’orologio si muove, come mostrato a sinistra, il tempo tra i ticchettii è più lungo.
L’idea che un secondo non è sempre un secondo è una delle scoperte più sorprendenti della Teoria della Relatività Speciale di Einstein. I ricercatori hanno effettivamente osservato questo effetto, che è rilevabile solo ad alte velocità. Gli scienziati hanno sincronizzato due orologi atomici molto precisi e poi ne hanno fatto volare uno intorno alla Terra a bordo di un aeroplano. Quando l’orologio in volo è tornato sulla Terra, era una minuscola frazione di secondo indietro rispetto a quello rimasto a terra. Un esperimento del pensiero usando un orologio luminoso rivela il motivo di questo fenomeno.
Tutti gli orologi in movimento sono lenti, non solo quelli della luce.
Ma l’effetto è insignificante se non a velocità prossime a quella della luce. È interessante notare che una persona in movimento non penserà che il suo orologio stia andando lento, perché tutto nel suo quadro di riferimento sarà rallentato. Secondo un osservatore fermo nello spazio che osserva la Terra muoversi intorno al Sole, tutti gli orologi del nostro pianeta girano lenti, eppure non notiamo nulla di strano.