[0:00]Ognuno di noi, anche chi è sedentario e poco atletico, viaggia alla velocità della luce. Siamo tutti Flash. Buonsalve masochisti e masochisti, bentornati e bentornati qui sul canale con un nuovo video in cui oggi cercherò di farvi cambiare prospettiva su una cosa di cui avrete sentito parlare, secondo me, tante volte, ma spesso con spiegazioni diversamente corrette, cioè la velocità della luce e principalmente il fatto che questa non sia superabile. Non spiegheremo tutto, anche perché sennò diventa un corso sulla relatività di 1.000 ore che guardate in tre persone, quindi se c'è un aspetto che magari accenniamo, ma non approfondiamo che vi interessa incredibilmente, me lo scrivete qui sotto nei commenti. E poi magari facciamo un video ulteriore apposito su quello. Ciò detto, andando quindi con l'accetta su alcune cose, partiamo. Partiamo dicendo che, secondo la cosiddetta relatività classica o galileiana, le leggi fisiche devono essere invarianti in tutti i sistemi di riferimento inerziali, cioè le leggi della fisica devono essere uguali per tutti gli osservatori. E perché ciò sia vero, bisogna che si verifichi una cosa che sembra anche abbastanza intuitiva, cioè lo spazio e il tempo devono essere assoluti. Se lo sono, allora le leggi fisiche valgono uguali per tutti gli osservatori nei sistemi di riferimento inerziali. Problema, però, alla fine dell'800, gli esperimenti di Albert Michelson e Edward Morley ci dicono che la velocità della luce è sempre la stessa. Sugli esperimenti di Michael Sony Morley, sì, che ci sarebbe da fare un video perché è una cosa molto divertente, sostanzialmente passano la loro vita esistenza a cercare di dimostrare una cosa e dimostrano l'esatto opposto. Però uno dei due alla fine vince anche un Nobel di consolazione, ma appunto magari ne parliamo un'altra volta. Quindi, secondo la relatività galileiana, tutto deve valere sempre uguale per tutti e però poi Michelson e Morley vi dicono che la velocità della luce è sempre uguale, che è 300.000 Km/s. E voi direte, ma in che modo queste due cose sono in contrasto? Beh, giusto per avere un'idea, facciamo un esperimento mentale. Immaginate di essere fermi e vedere che la luce sta andando a 100, 100 qualcosa, metteteci voi l'unità di misura, è un numero per avere una cifra semplice, ok?
[2:35]Quindi la luce sta andando a 100, ma questa luce è stata emessa da un'astronave che sta viaggiando nella stessa direzione. Voi siete fermi da fuori l'astronave, vedete che la luce va a 100, vedete che l'astronave va a 90 e quindi, secondo la relatività galileiana, la luce dovrà andare a 10, 100 meno 90. È un po' come quando voi siete in auto a 50 all'ora, lanciate in avanti una pallina a 10 km/h, la pallina per chi la guarda da fuori va a 60, 50 più 10. In questo caso voi vedete che la luce in totale sta andando a 100, qualunque cosa, l'astronave sta andando a 90, quindi la luce dovrebbe andare a 10. Problema, gli esperimenti di Michelson e Morley vi dicono che anche se uno sta all'interno dell'astronave, vede la luce viaggiare non a 10, ma la vede viaggiare a 100. E com'è possibile che la luce viaggia a 100 sia se voi la guardate da un'astronave che viaggia a 90, sia se voi la guardiate da fuori? Non possono esserci relatività galileiana, velocità della luce costante e tempo e spazio assoluti contemporaneamente. A questo punto, quindi, arriva Albert Einstein e dice: E se non fosse la velocità della luce a cambiare, ma cambiassero lo spazio e il tempo? In altre parole, non vado a cercare di capire come cambiare la luce, ma cambio il mio modo di misurare lo spazio e il tempo, tenendo per buono il fatto che la luce andrà sempre alla stessa velocità. E questo è il cosiddetto postulato chiave della relatività di Einstein, cioè la velocità della luce è la stessa per tutti gli osservatori sempre. E questo è un postulato, cioè non è un qualcosa che si dimostra, ma si assume e poi si costruisce tutta la teoria sopra questa assunzione. Su come funzioni una teoria scientifica, cosa sia, eccetera, ne abbiamo parlato in un bel video che vi metto qui sopra, andatelo a recuperare. Quindi il video di cosa sia una teoria scientifica. Ora, Albert Einstein, quindi, dice: la velocità della luce è costante per tutti gli osservatori, sempre. Devono cambiare lo spazio e il tempo e come io misuro lo spazio e il tempo. E in realtà per mantenere costante la velocità della luce, o cambia lo spazio, velocità, vi ricordo spazio fratto tempo, quindi o cambia lo spazio o cambia il tempo o cambiano entrambi.
[5:11]Beh, Einstein giunge a una soluzione che è cambiano entrambi. In realtà comprende all'inizio che è il tempo che rallenta, non spieghiamo qui come, al massimo facciamo un video apposito in futuro, se vi interessa, me lo scrivete qui sotto, però durante un moto, soprattutto, man mano voi aumentate la vostra velocità, il tempo si dilata, quindi il vostro tempo, per voi che siete in moto, scorre più lentamente e per far tornare i conti con la velocità della luce, quello a cui arriva Albert Einstein, è che in realtà lo spazio si sta comprimendo. Quindi le distanze si accorciano nella direzione del moto, lo spazio e il tempo sono diventati relativi. Prima erano uguali per tutti, adesso dipendono da come vi muovete nello spazio, non sono più assoluti. E grazie a questi effetti, effettivamente, scusate il gioco di parole, tutti misurano la stessa velocità della luce e la relatività in realtà rimane valida, perché le leggi fisiche funzionano uguali per tutti, semplicemente cambia il modo in cui si misurano lo spazio e il tempo. E è questa in realtà la cosa chiave da ricordarsi della relatività, perché la relatività non ci dice che tutto è relativo, ma dice che c'è una cosa assoluta, la velocità della luce e per mantenerla costante, tutto il resto, cioè lo spazio e il tempo, devono adattarsi. Ora però, arriva il punto delicato che voglio analizzare per bene in questo video, cioè la velocità della luce C, che viene interpretata in modo un po' sbagliato, perché in realtà non è davvero una velocità per come lo intendiamo nel nostro quotidiano. Più che una velocità è un fattore di conversione fra tempo e spazio. Poi sì, ha un valore con anche un'unità di misura, km/s, e ha un valore, appunto, 300.000 km/s,
[7:16]che derivano queste unità di misura dal fatto che si parla di spazio e tempo, quindi chilometri, spazio e tempo al secondo. Ma in realtà non è una velocità reale, non dobbiamo concepirla così, ma come una relazione fondamentale, appunto, fra spazio e tempo. E perché dico che serve un po' un cambio di paradigma? Perché per noi spazio e tempo nel nostro quotidiano sono due concetti separati, ma secondo la fisica e soprattutto poi, secondo tutti gli studi che hanno portato alla relatività, sono uniti in un'unica cosa, c'è un'unica struttura, un'unica entità che è lo spazio-tempo. È un unico tessuto della realtà. Quindi attorno a noi c'è una realtà quadridimensionale, almeno, poi magari ci sono dimensioni in più, ma teoria delle stringhe, eccetera, ne parliamo un'altra volta. Quindi c'è questa realtà quadridimensionale, formata dalle tre dimensioni spaziali, altezza, larghezza, profondità e quella del tempo, ma sono tutte intrecciate, non sono due concetti separati come nella nostra testa quotidianamente pensiamo, ok? E C, la velocità della luce, non è, quindi, una velocità reale, ma è il tasso di cambio, vediamola così, fra spazio e tempo.
[8:37]Non è un numero importante in sé, 300.000 km/s, ma è importante in questo momento farsi sedimentare nella nostra testa il fatto che è una quantità massima, adesso vediamo di cosa. E quindi più che il numero è importante il concetto, tant'è vero che spesso in fisica addirittura C si pone uguale a uno, cioè è importante che sia una quantità da gestire. Quantità di cosa? Di movimento, non nello spazio, non nel tempo, ma nello spazio-tempo. Tutti gli oggetti si muovono nello spazio-tempo con una velocità totale uguale a C. Cosa vuol dire? Vuol dire che c'è una quantità totale di cose, che è C, che io posso investire per muovermi nello spazio-tempo. Immaginate questa cosa: avete un piano cartesiano, quindi y e x, e avete un'auto che si può muovere lungo questo piano cartesiano. Potrà andare tutto in verticale, potrà andare tutto in orizzontale o potrà andare nel mezzo con diversi angoli, ok? Ecco, immaginate che voi siate quest'auto o quest'oggetto, e che queste x e y, in realtà, siano il tempo sulle ordinate e lo spazio nelle ascisse. E voi potete muovervi in questo spazio-tempo con una massima quantità, che è C, che potete giocarvi, potete giocarvi o tutte in verticale, o tutte in orizzontale o un po' nel mezzo.
[11:13]Quindi, quello che dobbiamo pensare è che ogni oggetto si muove nello spazio-tempo con una velocità totale che è la velocità della luce C. Questa velocità, quindi, si può dividere in movimento nello spazio, quello orizzontale, movimento nel tempo, quello in verticale, e dovete fare dei compromessi. Se siete fermi nello spazio, cioè in questo momento, ad esempio, state guardando questo video, magari non siete in giro a passeggiando, ma siete davanti a uno schermo immobili, perfetto. In questo momento vi muovete solo nel tempo, state invecchiando, state compiendo una linea verticale, un tragitto verticale nel nostro grafico. Se invece iniziate a muovervi nello spazio, usate parte della velocità totale C per muovervi nello spazio e quindi a quel punto il vostro tempo rallenta, state percorrendo una linea inclinata con l'inclinazione che dipende da quanto, appunto, vi muovete nello spazio.
[12:17]Se vi avvicinate alla velocità della luce per muovervi via via sempre più nello spazio, e quindi questa linea inclinata scende pian piano fino a quasi arrivare alla linea orizzontale, alla situazione di uno spostamento solo orizzontale, beh, il tempo a quel punto si ferma. E quindi il tempo si è dilatato a tal punto che a un certo punto si ferma, che è quello che succede alla luce. Per la luce, il tempo si è fermato, perché sta impiegando tutta la sua velocità massima C per spostarsi orizzontalmente, quindi per un fotone, per un raggio di luce, il tempo non sta scorrendo. Quindi, quando si dice non puoi superare la velocità della luce, siamo arrivati al punto centrale. La velocità della luce è il massimo di spostamento che si può avere nello spazio-tempo. Non puoi superarla perché la tua velocità massima, la tua quantità massima, C, è già stata utilizzata tutta nel caso dei fotoni, lo fanno spostandosi tutto nello spazio e non nel tempo. Quindi, in realtà, non rimane nessuna velocità da aggiungere per superare la velocità della luce, non puoi andare oltre perché non c'è nessuna componente disponibile. E quindi ognuno di noi ha una velocità totale fissa che può distribuire fra le due direzioni, ma non può superare C. Se aumento la velocità nello spazio, diminuisce quella nel tempo e ho la dilatazione del tempo.
[14:02]Nello specifico, qualunque cosa abbia una massa si muove in parte nello spazio e in parte nel tempo. Gli oggetti senza una massa, come la luce, come i fotoni, si muovono solo nello spazio alla velocità C, ma non vivono, non percepiscono il tempo. C non è un limite tecnologico, C è un limite geometrico di come funziona lo spazio-tempo. Per superare C, dovreste violare la struttura dello spazio-tempo. È come, non lo so, pensare a un qualcosa che non ha senso, il cerchio quadrato, ok?
[14:48]La velocità C, il limite C, riguarda la forma della realtà, non è una legge arbitraria. E tra le altre cose, non riguarda davvero la luce, cioè la luce viaggia a velocità C,
[15:15]la luce sfrutta tutto C per spostarsi nello spazio, ma C è un limite che esisterebbe anche senza la luce, tant'è vero che le onde gravitazionali, ad esempio, onde gravitazionali, ne abbiamo parlato in un video, ve lo lascio qui sopra.
[15:36]viaggiano a C, anche loro, ma non perché viaggiano alla velocità della luce, è perché sia le onde gravitazionali che la luce possono sfruttare il fatto di spostarsi completamente nello spazio orizzontalmente senza spostarsi nel tempo. E quindi è una proprietà particolare che hanno le cose senza massa, i fotoni e le onde gravitazionali.
[16:00]Quindi è un significato, secondo me, molto più profondo quello della velocità, limite C, di quanto non si pensi di solito. È un fattore di conversione, vi dicevo, fra lo spazio e il tempo all'interno dello spazio-tempo, e poi anche un fattore di conversione fra massa ed energia, se pensate alla famosa formula E=mc². Ma è una proprietà fondamentale della geometria dell'universo in cui siamo. Non è una velocità davvero, anche perché, appunto, la luce non sta viaggiando nella sua testa, perché se non c'è il tempo, non c'è la velocità. Spazio fratto tempo, quindi se il tempo non scorre per la luce, non ha senso parlare di velocità, è una costante geometrica di quello che ci circonda. Questa idea, in realtà, è stata chiarita da Herman Minkowski, più che da Albert Einstein, magari ne parliamo un'altra volta di Minkowski e di geometria di Minkowski. Fatemi sapere, nel caso, ovviamente tutte le cose che vi interessano, me le mettete nei commenti.
[17:15]In sintesi, siamo sempre al massimo della velocità nostra nello spazio-tempo. Semplicemente possiamo scegliere come redistribuire questa velocità, fra, appunto, spostamento nello spazio e spostamento nel tempo, ma tutti noi andiamo sempre in totale a velocità C. Dipende solo quali componenti decidiamo di sfruttare di più. Non si può superare C perché non c'è più nulla da aumentare, è il massimo totale. Ora, io però so che dopo tutto questo discorso, comunque voi vorrete un'idea più pratica e meno matematica per capire perché non si possa superare la velocità della luce.
[18:16]Io so che una cosa che potreste aver sentito e che spesso si dice, è che secondo E=mc², se voi aumentate la vostra velocità e quindi la vostra energia cinetica, pian piano deve aumentare la vostra massa, e non potete raggiungere la velocità della luce perché si arriva a una massa infinita alla fine, e quindi questa cosa è il limite, il vincolo dell'universo. In realtà, se proprio dovremmo dire che per arrivare alla velocità della luce vi serve energia infinita, non che raggiungete una massa infinita, se proprio dovessimo scegliere a cosa guardare, preferirei guardare all'energia infinita. Ma se volete, appunto, una idea pratica del perché un'astronave non potrebbe accelerare sempre di più fino alla velocità della luce, pensiamo a cosa succede davvero quando noi acceleriamo. Quando acceleriamo, abbiamo detto che il tempo si dilata, ok? Ma questo non vale solo per gli orologi, vale per tutto, vale per la chimica, per la biologia, per le forze in gioco, e cosa vuol dire, quindi, che la velocità è limitata? Beh, per aumentare la velocità di un oggetto, io devo trasmettere delle forze fra le sue particelle, attraverso interazioni, dei segnali di un qualche tipo. Ma se l'oggetto è già molto veloce, questi segnali iniziano pian piano a diventare meno efficienti, impiegano sempre più tempo effettivo per essere trasmessi. Quindi l'accelerazione diventa via via sempre più difficile. In soldoni, la capacità dell'oggetto di rispondere alla forza e all'accelerazione si riduce. Il tempo rallenta sempre di più, ogni incremento di velocità richiede sempre più sforzo e alla fine servirebbe, appunto, come vi dicevo, energia infinita, ma in realtà non arriverete mai a C, anche perché energia infinita non ce l'avete. Quindi, il modo più corretto di vedere la situazione è che non puoi raggiungere la velocità della luce perché, avvicinandoti ad essa, le leggi stesse che permettono di accelerare la tua astronave, smettono di funzionare in maniera efficiente, sono molto meno efficienti via via. Non è un limite tecnologico, è un limite fisico e, come dicevamo prima, è un limite geometrico dello spazio-tempo. Ecco, io spero di non avervi incasinato troppo tutto il discorso, spero di essere stato seguibile e di avervi donato un cambio di prospettiva su questa situazione, sia sul fatto che la relatività non è tutto il relativo, ma è la velocità della luce è sempre la stessa al massimo il resto che si adatta, ma soprattutto questa velocità della luce non è davvero della luce, è un limite insuperabile, è la velocità massima il cartello della velocità massima dell'universo. E tutti noi, in realtà, viaggiamo a questa velocità, solo che non nello spazio, ma nello spazio-tempo. Spero che questa cosa vi solletichi magari qualche dubbio, qualche approfondimento che volete. Nel caso me lo scrivete qui sotto. Io adesso vi lascio il video sulla teoria, cosa è una teoria scientifica, come funziona e quindi come funziona questa cosa dei postulati che Einstein mette alla base della sua relatività. E per il resto non posso che darvi appuntamento sempre qui, sempre sul canale, sempre a mezzogiorno, mercoledì prossimo. Ciao a tutti e a tutti.
