Cenni di relatività generale

Cenni di relatività generale

Anche la relatività generale ha un ruolo fondamentale nella nuova concezione di spazio tempo e prima di addentrarci nelle problematiche legate al viaggio nel tempo occorre trattare di alcune conseguenze di questa teoria.

Prima importante conseguenza è la curvatura dello spazio tempo.

La massa di qualsiasi corpo influisce sullo spazio tempo circostante curvandolo.

In questa formulazione della gravitazione viene superato il concetto di forza di gravità come attrazione reciproca di due masse ma è analizzata come conseguenza del movimento dei corpi all'interno dello spazio deformato dalla presenza di una massa.

Quindi la causa diretta della caduta di un corpo verso un'altro di massa maggiore o le traiettorie curve dei pianeti sono un effetto diretto della curvatura dello spazio-tempo.

In pratica se ci si limita a considerare il comportamento di corpi massivi non cambia nulla per quanto riguarda gli effetti e la discussione precedente riguardo alla curvatura può sembrare solo un formalismo matematico.

Le cose si fanno interessanti quando invece dei corpi si considerano la luce o in generale le onde elettromagnetiche che, essendo prive di massa, secondo la teoria classica della gravitazione non dovrebbero essere influenzate dalla presenza di massa. Secondo la teoria di Einstein invece anche le radiazioni elettromagnetiche (e quindi anche la luce) subiscono le conseguenze della curvatura spaziotemporale; Einstein fece notare questo fenomeno anche agli scettici grazie all'osservazione dell'eclisse di sole del 29 maggio 1919.

Grazie a questo fenomeno è stato possibile osservare la posizione delle stelle anche di giorno e in particolare quelle posizionate in prossimità della posizione del sole. La posizione misurata durante l'eclissi di queste stelle era diversa da quella delle stese, misurata di notte (6 mesi dopo) a causa della deviazione subita dai raggi luminosi provenienti da queste stelle a causa della presenza della massa del sole e della conseguente deformazione dello spazio-tempo.

Il fenomeno può essere esemplificato; immaginiamo un telo elastico messo in piano e teso con delle corde. Ora appoggiamo al centro del telo una biglia di ferro; il telo si è curvato. Immaginiamo che il telo rappresenti l'universo e che la biglia rappresenti un corpo celeste. Facciamo correre sul telo una biglia più piccola che può rappresentare un piccolo corpo celeste o una particella elementare (ad esempio un fotone). Facendo correre la biglia piccola sul telo ci accorgiamo che il suo moto è deviato dalla curvatura del telo. Se la velocità è minore la biglia piccola "cadrà" sulla biglia grande. Apparentemente il moto è deviato dalla massa; in realtà a deviare il moto del nostro corpo celeste è la curvatura del telo o, dello spaziotempo. È da notare un altro particolare: più è alta la velocità della biglia meno essa sarà deviata dalla curvatura. Accade così anche nello spaziotempo, infatti, i fotoni (che viaggiano a 300'000 Km/s) vengono deviati dai grandi corpi celesti meno rispetto ai corpi celesti più piccoli che viaggiano a velocità minore.

Figura 3.3 - Rappresentazione della traiettoria dei raggi luminosi provenienti dalle stelle poste dietro la massa solare.

Le curve dello spaziotempo percorse da tutti i corpi e dalle particelle elementari sono chiamate geodetiche.

Ogni particella di materia si muove a velocità costante lungo una geodetica che in ogni momento può essere considerata retta. La curvatura determina l'effettiva forma delle geodetiche e quindi il cammino che un corpo segue nel tempo.

Un corpo libero si muove nello spazio-tempo sempre lungo una geodetica, allo stesso modo in cui nella meccanica classica un corpo non sottoposto a forze si muove lungo una retta. Se la struttura dello spazio-tempo in quel punto è piatta, la geodetica sarà proprio una retta, altrimenti assumerà forme diverse.

La scoperta della curvatura dello spaziotempo cambia il concetto di gravità; i corpi, infatti, non sono sottoposti alla gravità ma percorrono le loro naturali geodetiche.

Avendo considerato lo spazio composto di 4 dimensioni; tre spaziali e una temporale, e avendo paragonato la dimensione tempo alle altre tre risulta abbastanza naturale dedurre che la curvatura dello spazio sia causata dalla presenza di una massa. La curvatura spaziale agisce sul tempo rallentandolo. Maggiore è la massa di una stella di una stella più lentamente il tempo scorre nelle vicinanze del corpo celeste..