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La velocità della luce non è una vera velocità — Transcript

by Luca Perri · 2,975 words · 467 segments · language en · Watch on YouTube

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0:00Ognuno di noi, anche chi è sedentario e
0:03poco atletico, viaggia alla velocità
0:05della luce. Siamo tutti flash. Buon
0:08salve masochiste e masochisti,
0:09bentornate e bentornati qui sul canale
0:11con un nuovo video in cui oggi cercherò
0:14di farvi cambiare prospettiva su una
0:15cosa di cui avrete sentito parlare,
0:17secondo me, tante volte, ma spesso con
0:20spiegazioni diversamente corrette, cioè
0:23la velocità della luce e principalmente
0:26il fatto che questa non sia superabile.
0:29Non spiegheremo tutto, anche perché
0:31sennò diventa un corso sulla relatività
0:33di 1000 ore che guardate in tre persone.
0:35Quindi, se c'è un aspetto che magari eh
0:39accenniamo ma non approfondiamo che vi
0:41interessa incredibilmente, me lo
0:43scrivete qui sotto nei commenti e poi
0:45magari facciamo un video ulteriore
0:47apposito su quello. Ciho detto, andando
0:50quindi con l'accetta su alcune cose,
0:53partiamo. Partiamo dicendo che secondo
0:56la cosiddetta relatività classica o
0:58galileiana le leggi fisiche devono
1:01essere invarianti in tutti i sistemi di
1:03riferimento inerziali, cioè le leggi
1:06della fisica devono essere uguali per
1:08tutti gli osservatori e perché ciò sia
1:10vero bisogna che si verifichi una cosa
1:13che sembra anche abbastanza intuitiva,
1:15cioè lo spazio e il tempo devono essere
1:18assoluti. Se lo sono, allora le leggi
1:21fisiche valgono uguali per tutti gli
1:23osservatori nei sistemi di riferimento
1:25inerziali. Problema però alla fine
1:28dell'800 gli esperimenti di Albert
1:31Michaelson e Edward Morley ci dicono che
1:34la velocità della luce è sempre la
1:36stessa. Sugli esperimenti di Michaelon e
1:39Morley sì che ci sarebbe da fare un
1:40video perché è una cosa molto
1:41divertente. Sostanzialmente passano la
1:43loro vita esistenza a cercare di ehm
1:47dimostrare una cosa e dimostrano
1:49l'esatto opposto. Però uno dei due alla
1:51fine vince anche un Nobel di
1:52consolazione. Ma appunto magari ne
1:54parliamo un'altra volta. Quindi, secondo
1:56la relatività galileiana, tutto deve
1:59valere sempre uguale per tutti e però
2:02poi Michaelson e Morley vi dicono che la
2:04velocità della luce è sempre uguale, che
2:08è 300.000 km/s.
2:10E voi direte, "Ma in che modo queste due
2:13cose sono in contrasto?". Beh, giusto
2:15per avere un'idea, facciamo un
2:17esperimento mentale. Immaginate di
2:20essere [schiarire la voce] fermi e
2:22vedere che eh la luce sta andando a 100
2:27qualcosa. Metteteci voi l'unità di
2:29misura, è un numero per avere una cifra
2:31semplice. Ok? Quindi la luce sta andando
2:34a 100, ma questa luce è stata emessa da
2:37un'astronave che sta viaggiando nella
2:40stessa direzione. Voi siete fermi da
2:42fuori l'astronave, vedete che la luce va
2:45a 100, vedete che l'astronave va a 90 e
2:48quindi secondo la relatività galileiana
2:52la luce dovrà andare a 10
2:55- 90. È un po' come quando eh voi siete
2:59in auto a 50 all'ora, lanciate in avanti
3:02una pallina a 10 km/h. La pallina, per
3:05chi la guarda da fuori, va a 6050 + 10.
3:09In questo caso voi vedete che la luce in
3:11totale sta andando a 100 qualunque cosa.
3:14Eh, l'astronave sta andando a 90, quindi
3:16la luce dovrebbe andare a 10. Problema,
3:19gli esperimenti di Michaelson e Morley
3:21vi dicono che al anche se uno sta
3:23all'interno dell'astronave vede la luce
3:26viaggiare non a 10, ma la vede viaggiare
3:28a 100. E com'è possibile che la luce
3:31viaggi a 100, sia se voi la guardate da
3:34un'astronave che viaggia a 90, sia se
3:36voi la guardiate da fuori? non possono
3:38esserci relatività galileiana, velocità
3:41della luce costante e tempo e spazio
3:43assoluti contemporaneamente. A questo
3:46punto quindi arriva Albert Einstein e
3:48dice: "E se non fosse la velocità della
3:51luce a cambiare, ma cambiassero lo
3:53spazio e il tempo?" In altre parole, non
3:56vado a cercare di capire come cambiare
3:59la luce, ma cambio il mio modo di
4:01misurare lo spazio e il tempo, tenendo
4:04per buono il fatto che la luce andrà
4:06sempre alla stessa velocità. E questo è
4:09il cosiddetto postulato chiave della
4:12relatività di Einstein, cioè la velocità
4:14della luce è la stessa per tutti gli
4:16osservatori sempre. E questo è un
4:19postulato, cioè non è un qualcosa che si
4:21dimostra, ma si assume e poi si
4:23costruisce tutta la teoria sopra questa
4:26assunzione. Su come funzioni una teoria
4:29scientifica, cosa sia, eccetera, ne
4:32abbiamo parlato in un bel video che vi
4:34metto qua sopra, andatelo a recuperare,
4:37quindi il video di cosa sia una teoria
4:40scientifica. Ora, Albert Einstein,
4:43quindi, dice la velocità della luce è
4:45costante per tutti gli osservatori
4:47sempre. devono cambiare lo spazio e il
4:51tempo e come io misuro lo spazio e il
4:53tempo. E in realtà per mantenere
4:56costante la velocità della luce o cambia
4:59lo spazio velocità, vi ricordo spazio e
5:00frattot tempo, quindi o cambia lo spazio
5:03o cambia il tempo o cambiano entrambi.
5:06Beh, Einstein giunge a una soluzione che
5:09è cambiano entrambi. In realtà comprende
5:12all'inizio che è il tempo che rallenta.
5:15Non spieghiamo qui come. Al massimo
5:17facciamo un video apposito in futuro. Se
5:20vi interessa me lo scrivete qua sotto,
5:22però durante un moto, soprattutto mano
5:25voi aumentate la vostra velocità, il
5:29tempo si dilata, quindi il vostro tempo,
5:31per voi che siete in moto, scorre più
5:34lentamente e per far tornare i conti con
5:38la velocità della luce, quello a cui
5:40arriva Albert Einstein, è che in realtà
5:42lo spazio si sta comprimendo, quindi le
5:45distanze si accorciano nella direzione
5:48del moto. Lo spazio e il tempo sono
5:51diventati relativi. Prima erano uguali
5:54per tutti, adesso dipendono da come vi
5:57muovete nello spazio. Non sono più
6:00assoluti e grazie a questi effetti
6:03effettivamente, scusate gioco di parole,
6:06tutti misurano la stessa velocità della
6:08luce e la relatività in realtà rimane
6:12valida perché le leggi fisiche
6:14funzionano uguali per tutti.
6:16semplicemente cambia il modo in cui si
6:19misurano lo spazio e il tempo. E è
6:22questa in realtà eh la cosa chiave da
6:25ricordarsi della relatività, perché la
6:28relatività non ci dice che tutto è
6:30relativo, ma dice che c'è una cosa
6:33assoluta, la velocità della luce e per
6:35mantenerla costante tutto il resto, cioè
6:38lo spazio e il tempo, devono adattarsi.
6:40Ora però arriva il punto delicato che
6:43voglio analizzare per bene in questo
6:45video, cioè la velocità della luce C che
6:49viene interpretata in modo un po'
6:51sbagliato perché in realtà non è davvero
6:55una velocità per come lo intendiamo nel
6:57nostro quotidiano. Più che una velocità
7:00è un fattore di conversione fra tempo e
7:03spazio. Poi sì ha un valore con anche
7:06un'unità di misura
7:10e ha un valore appunto 300.000
7:13km/
7:14che derivano queste unità di misura dal
7:17fatto che si parla di spazio e tempo,
7:19quindi chilometri, spazio e tempo al
7:22secondo, ma in realtà non è una velocità
7:26reale, non dobbiamo concepirla così, ma
7:28come una relazione fondamentale,
7:31appunto, fra spazio e tempo. E perché
7:35dico che serve un po' un cambio di
7:37paradigma? Perché per noi spazio e tempo
7:39nel nostro quotidiano sono due concetti
7:42separati, ma secondo la fisica e
7:44soprattutto poi secondo tutti gli studi
7:46che hanno portato alla relatività sono
7:49uniti in un'unica cosa. C'è un'unica
7:52struttura, un'unica entità che è lo
7:54spazi-tempo, è un unico tessuto della
7:57realtà. Quindi attorno a noi c'è una
8:00realtà quadridimensionale, almeno poi
8:02magari ci sono dimensioni in più, ma in
8:04teoria delle stringhe eccetera ne
8:05parliamo un'altra volta. Eh, quindi c'è
8:07questa realtà quadridimensionale formata
8:09dalle tre dimensioni spaziali, altezza,
8:11larghezza, profondità e quella del
8:13tempo, ma sono tutte intrecciate, non
8:15sono due concetti separati come nella
8:18nostra testa quotidianamente pensiamo,
8:20ok? E c la velocità della luce non è
8:24quindi una velocità reale, ma è il tasso
8:27di cambio, vediamola così, fra spazio e
8:30tempo. Non è un numero importante in sé,
8:34300.000 1000 km al secondo, ma è
8:37importante in questo momento far
8:39sedimentare nella nostra testa il fatto
8:41che è una quantità massima. Adesso
8:44vediamo di cosa. E quindi più che il
8:47numero è importante il concetto, tanto è
8:48vero che spesso in fisica addirittura C
8:50si pone uguale a uno, cioè è importante
8:53che sia una quantità da gestire.
8:56Quantità di cosa? di movimento non nello
8:59spazio, non nel tempo, ma nello
9:02spaziot-tempo. Tutti gli oggetti si
9:05muovono nello spaziot-tempo con una
9:08velocità totale uguale a C. Cosa vuol
9:12dire? Vuol dire che c'è una quantità
9:16totale di cose che è C io posso
9:20investire per muovermi nello
9:23spazio-tempo. Immaginate questa cosa.
9:25Avete un piano cartesiano, quindi Y e X
9:30e avete un'auto che si può muovere lungo
9:33questo piano cartesiano. Potrà andare
9:35tutto in verticale, potrà andare tutto
9:38in orizzontale o potrà andare nel mezzo
9:41con diversi angoli. Ok? Ecco, immaginate
9:44che voi siate quest'auto o questo
9:47oggetto e che queste X e Y in realtà
9:51siano il tempo sulle ordinate e lo
9:54spazio nelle ascisse e voi potete
9:57muovervi in questo spaziot-tempo con una
10:00massima quantità che è Ciocarvi.
10:04Potete giocarvi o tutte in verticale o
10:07tutte in orizzontale o un po' nel mezzo.
10:10Quindi quello che dobbiamo pensare è che
10:12ogni oggetto si muove nello spazio-tempo
10:15con una velocità totale che è la
10:19velocità della luce C. Questa velocità,
10:22quindi, si può dividere in movimento
10:24nello spazio, quello orizzontale,
10:26movimento nel tempo, quello in verticale
10:29e dovete fare dei compromessi se siete
10:33fermi nello spazio, cioè in questo
10:35momento, ad esempio, state guardando
10:38questo video, magari non siete in giro
10:40passeggiando, ma siete davanti a uno
10:42schermo immobili, perfetto. In questo
10:44momento vi muovete solo nel tempo, state
10:48invecchiando, state compiendo una linea
10:51verticale, un tragitto verticale nel
10:53nostro grafico. Se invece iniziate a
10:56muovervi nello spazio, usate parte della
11:00velocità totale C per muovervi nello
11:04spazio e quindi a quel punto il vostro
11:07tempo rallenta. state percorrendo una
11:10linea inclinata con l'inclinazione che
11:13dipende da quanto, appunto, vi muovete
11:15nello spazio. Se vi avvicinate alla
11:19velocità della luce per muovervi via
11:23sempre più nello spazio e quindi questa
11:26linea inclinata scende pian piano fino a
11:30quasi arrivare alla linea orizzontale,
11:34alla situazione di uno spostamento solo
11:38orizzontale, beh, il tempo a quel punto
11:41si ferma e quindi il tempo si è dilatato
11:44a tal punto che eh a un certo punto si
11:47ferma, che è quello che succede alla
11:49luce. Per la luce il tempo si è fermato
11:52perché sta impiegando tutta la sua
11:54velocità massima C per spostarsi
11:58orizzontalmente, quindi per un fotone,
12:00per un raggio di luce, il tempo non sta
12:03scorrendo. Quindi quando si dice non
12:06puoi superare la velocità della luce,
12:09siamo arrivati al punto centrale. Eh, la
12:12velocità della luce è il massimo di
12:15spostamento che si può avere nello
12:17spazio-tempo. non puoi superarla perché
12:19la tua velocità massima il tua quantità
12:22massima C è già stata utilizzata tutta.
12:26Inel caso dei fotoni lo fanno
12:29spostandosi tutto nello spazio e non nel
12:32tempo. Quindi in realtà non rimane
12:35nessuna velocità da aggiungere per
12:37superare la velocità della luce. non
12:40puoi andare oltre perché non c'è nessuna
12:42componente disponibile e quindi ognuno
12:46di noi ha una velocità totale fissa che
12:49può distribuire fra le due direzioni, ma
12:52non può superare c. Se aumento la
12:55velocità nello spazio, diminuisce quella
12:57nel tempo e ho la dilatazione del tempo.
12:59Nello specifico, qualunque cosa abbia
13:02una massa si muove in parte nello spazio
13:05e in parte nel tempo. Gli oggetti senza
13:08una massa, come la luce, come i fotoni,
13:11si muovono solo nello spazio alla
13:14velocità C, ma non vivono, non
13:17percepiscono il tempo. C non è un limite
13:21tecnologico, C è un limite geometrico di
13:25come funziona lo spazio-tempo. Per
13:27superare C dovreste violare la struttura
13:30dello spaziot-t-empo. È come, non lo so,
13:33pensare a un qualcosa che non ha senso,
13:36il un cerchio quadrato. Ok? Eh, la
13:39velocità C, il limite C eh riguarda la
13:42forma della realtà, non è una legge
13:45arbitraria e tra le altre cose non
13:48riguarda davvero la luce, cioè la luce
13:50viaggia a velocità C, la luce sfrutta
13:53tutto C per spostarsi nello spazio, ma C
13:57è un limite che esisterebbe anche senza
13:59la luce, tant'è vero che le onde
14:01gravitazionali, ad esempio, onde
14:03gravitazionali, ne abbiamo parlato in un
14:05video, ve lo lascio qui sopra, viaggiano
14:08a C anche loro, ma non perché viaggiano
14:11alla velocità della luce, è perché sia
14:13le onde gravitazionali che la luce
14:15possono sfruttare il fatto di spostarsi
14:18completamente nello spazio
14:19orizzontalmente senza spostarsi nel
14:23tempo e quindi è una proprietà
14:26particolare che hanno le cose senza
14:28massa, i fotoni e le onde
14:31gravitazionali, quindi è un significato,
14:34secondo me, molto più profondo quello
14:36della velocità limite C. di quanto non
14:39si pensi. Di solito è un fattore di
14:41conversione, vi dicevo, fra lo spazio e
14:43il tempo all'interno dello spazi-tempo.
14:46È poi anche un fattore di conversione
14:47fra massa ed energia, se pensate alla
14:50famosa formula E = MC², ma è una
14:54proprietà fondamentale della geometria
14:56dell'universo in cui siamo. Non è una
14:59velocità davvero, anche perché, appunto,
15:02la luce non sta viaggiando nella sua
15:05testa, perché se non c'è il tempo non
15:07c'è la velocità. spazio fratto tempo,
15:10quindi se il tempo non scorre per la
15:11luce non ha senso parlare di velocità. È
15:13una costante geometrica di quello che ci
15:16circonda. Questa idea in realtà è stata
15:19chiarita da Herman Minkowski più che da
15:23Albert Einstein. Magari ne parliamo
15:26un'altra volta di Minkowski e di
15:28geometria di Minkowski. Fatemi sapere,
15:30nel caso, ovviamente, tutte le cose che
15:32vi interessano me le mettete nei
15:33commenti. In sintesi, siamo sempre al
15:37massimo della velocità nostra nello
15:40spazio-tempo. Semplicemente possiamo
15:42scegliere come redistribuire questa
15:44velocità fra appunto spostamento nello
15:46spazio e spostamento nel tempo, ma tutti
15:49noi andiamo sempre in totale a velocità
15:53C. Dipende solo quali componenti
15:56decidiamo di sfruttare di più. non si
15:58può superare C perché non c'è più nulla
16:00da aumentare, è il massimo totale. Ora
16:03io però so che dopo tutto questo
16:05discorso comunque voi vorrete un'idea
16:08più pratica e meno matematica per capire
16:11perché non si possa superare la velocità
16:15della luce. Io so che una cosa che
16:17potreste aver sentito e che spesso si
16:19dice è che secondo E = MC², se voi
16:23aumentate la vostra velocità e quindi la
16:26vostra energia cinetica, pian piano deve
16:28aumentare la vostra massa e non potete
16:32raggiungere la velocità della luce
16:34perché si arriva a una massa infinita
16:37alla fine e quindi questa cosa è il
16:40limite, il vincolo dell'universo. In
16:43realtà, se proprio dovremmo dire che per
16:46arrivare alla velocità della luce vi
16:48serve energia infinita, non che
16:50raggiungete una massa infinita. Se
16:52proprio dovessimo scegliere a cosa
16:54guardare, preferirei guardare
16:56all'energia infinita. Ma se volete
16:58appunto una idea pratica del perché
17:01un'astronave non potrebbe accelerare
17:04sempre di più fino alla velocità della
17:07luce, eh pensiamo a cosa succede davvero
17:09quando noi acceleriamo. Quando
17:12acceleriamo, abbiamo detto che il tempo
17:13si dilata, ok? Ma questo non vale solo
17:15per gli orologi, vale per tutto, vale
17:17per la chimica, per la biologia, per le
17:20forze in gioco. E cosa vuol dire quindi
17:23che la velocità è limitata? Beh, per
17:26aumentare la velocità di un oggetto io
17:27devo trasmettere delle forze fra le sue
17:30particelle attraverso interazioni, dei
17:33segnali di un qualche tipo. Ma se
17:35l'oggetto è già molto veloce, questi
17:38segnali iniziano pian piano a diventare
17:41meno efficienti, impiegano sempre più
17:43tempo effettivo per essere trasmessi,
17:46quindi l'accelerazione diventa via
17:48sempre più difficile. soldoni la
17:51capacità dell'oggetto di rispondere alla
17:54forza e all'accelerazione si riduce. Il
17:57tempo rallenta sempre di più, ogni
17:59incremento di velocità richiede sempre
18:01più sforzo e eh all'inizio spingere
18:05un'astronave è facile, poi via è sempre
18:07più difficile, poi via diventa quasi
18:10impossibile e poi a un certo punto serve
18:12uno sforzo infinito per un incremento
18:14infinitesimo. Quello che succede è che
18:16non c'è un muro che blocca l'astronave o
18:20che eh le impedisce di raggiungere un
18:23tachimetro particolare, le impedisce di
18:25raggiungere C. è che questa astronave
18:27incontra resistenza che cresce via
18:31sempre di più e quindi eh quello che ci
18:33impedisce di arrivare a C, quello che
18:35impedisce a un'astronave di arrivare a C
18:38non è una singola cosa, ma una
18:40combinazione del fatto che i segnali, le
18:43forze non possono superare la velocità
18:45C, che il tempo all'interno dell'oggetto
18:48rallenta, che l'accelerazione diventa
18:50sempre efficace e che serve più energia
18:53ogni volta, un'energia sempre maggiore
18:56per avere piccoli aumenti di velocità.
18:58Alla fine servirebbe, appunto, come vi
19:01dicevo, energia infinita, ma eh in
19:04realtà eh non arriverete mai a C, anche
19:07perché energia infinita non ce l'avete.
19:10Quindi eh il modo più corretto di vedere
19:13la situazione è che non puoi raggiungere
19:15la velocità della luce perché
19:16avvicinandoti ad essa le leggi stesse
19:19che permettono di accelerare la tua
19:21astronave smettono di funzionare in
19:24maniera efficiente, sono molto meno
19:26efficienti via. non è un limite
19:29tecnologico, è un limite fisico e, come
19:32dicevamo prima, è un limite geometrico
19:34dello spaziot-tempo. Ecco, io spero di
19:37non avervi incasinato troppo tutto il
19:40discorso. Spero di essere stato
19:43seguibile e di avervi donato un cambio
19:46di prospettiva eh su questa situazione,
19:49sia sul fatto che la relatività non è
19:52tutto è relativo, ma è la velocità della
19:54luce è sempre la stessa al massimo il
19:57resto che si adatta, ma soprattutto
19:59questa velocità della luce non è davvero
20:01della luce, è un limite eh insuperabile,
20:05è la velocità massima, il cartello della
20:07velocità massima dell'universo e tutti
20:10noi In realtà viaggiamo a questa
20:13velocità, solo che non nello spazio, ma
20:15nello spaziot-tempo. Spero che questa
20:18cosa vi solletichi magari qualche
20:21dubbio, qualche approfondimento che
20:22volete. Nel caso me lo scrivete qui
20:25sotto. Io adesso vi lascio il video
20:27sulla teoria, cosa è una teoria
20:30scientifica, come funziona e quindi come
20:33funziona questa cosa dei postulati che
20:35Einstein mette alla base della sua
20:38relatività. E per il resto non posso che
20:40darvi appuntamento sempre qui, sempre
20:42sul canale, sempre a mezzogiorno,
20:44mercoledì prossimo. Ciao a tutte e a
20:45tutti.

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