“IN VIAGGIO VERSO L'INFINITO” - Matematicamente.it

Il fatto che il campo gravitazionale creato dalle masse incurvi lo spazio-tempo produce
conseguenze assolutamente nuove rispetto alla meccanica classica. Se ne elencano alcune
particolarmente importanti :
1. spostamento verso il rosso (red shift) gravitazionale: a causa dell'incurvamento dello
spazio-tempo un orologio immerso in un campo gravitazionale viene visto marciare più
lentamente da un osservatore posizionato al di fuori del campo (ovvero dove il campo è più
debole). Supponiamo allora di osservare un orologio posto sulla superficie del sole dove
il campo gravitazionale è sicuramente molto intenso. Secondo quanto precedentemente
affermato lo dovremmo vedere segnare il tempo più lentamente di un analogo orologio
posizionato qui sulla terra. Il problema è che è possibile posizionare un orologio
sul sole per via della enorme temperatura. Possiamo però utilizzare gli "orologi naturali"
che già vi sono posizionati. Gli atomi eccitati emettono radiazioni di frequenza ben
determinata. Noi possiamo considerare queste frequenze tipiche di ogni atomo come
degli orologi perfetti. Osservando le frequenze di emissione degli atomi sul sole osserviamo
che esse ci appaiono minori, più rosse, di quello che dovrebbero essere e ciò
conformemente all'incurvamento dello spazio-tempo prodotto dal campo gravitazionale
solare..
2. lo spostamento del perielio di Mercurio : Mercurio è il pianeta più vicino al sole e la sua
orbita deve risentire più di ogni altro pianeta dell'incurvamento spaziale generato dal campo
gravitazionale solare. Gia da metà '800 era nota una piccola variazione (43" per secolo) del
perielio di mercurio secondo la quale il pianeta non percorre una ellisse chiusa, bensì compie
un'orbita a “rosetta”. Questa anomalia non trovava una spiegazione nell'ambito della teoria
newtoniana. All'interno della Relatività Generale questo fenomeno trova una spiegazione
nell'incurvamento spaziale che in prossimità del sole è apprezzabile.
3. deviazione della posizione apparente delle stelle nelle vicinanza della superficie solare :
se lo spazio è incurvato dal campo gravitazionale del sole, un raggio di luce che passa nelle
sue vicinanze (dove l'incurvamento è maggiore ed il fenomeno più rilevabile) non può
compiere un cammino rettilineo (come se lo spazio fosse euclideo). Le stelle posizionate
(apparentemente) nei pressi della superficie del sole devono allora avere la loro luce deviata
dal campo gravitazionale solare. Il sole funge allora da “lente gravitazionale” e le stelle
appaiono spostate rispetto alla posizione che hanno quando sono posizionate lontane
(apparentemente) dal sole. Questo fenomeno è verificabile solo durante le eclissi solari totali.
4. Il paradosso dei gemelli: la dilatazione relativistica del tempo ci porta ad alcune osservazioni
molto interessanti. Consideriamo un semplice esperimento ideale. Ci sono due gemelli, che
chiameremo K e K'. Un giorno K' intraprende un viaggio spaziale a velocità prossima a quella
della luce. Supponiamo che per K' il viaggio duri un anno. Per K, invece, a causa
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