Relatività ristretta

Simultaneità

simultaneo1 (15K)

Per approfondire il significato del tempo, Einstein affrontò dapprima la definizione di eventi simultanei e puntualizzò il fatto che la simultaneità non si conserva nel passaggio da un riferimento ad un altro in moto rispetto al primo: non basta, infatti, dire che devo osservare contemporaneamente due eventi per decidere che essi sono avvenuti nello stesso istante; la luce di due stelle che arriva sulla Terra porta generalmente con sè immagini di stelle lontane nello spazio e anche nel tempo, con il risultato che possiamo vedere contemporaneamente una stella di 100 anni fa ed una di 10000 anni fa.

Il metodo suggerito da Einstein per stabilire un criterio di simultaneità è allora quello di mettersi a metà strada tra i due punti A e B dello spazio nei quali i due eventi hanno luogo. Se i segnali provenienti da A e da B arrivano contemporaneamente all'osservatore, si può dedurre che i due eventi sono simultanei, se un segnale precede l'altro significa che un evento precede l'altro nel tempo.

Due fulmini colpiscono i punti A e B. Se l'osservatore O registra contemporaneamente un segnale luminoso proveniente da A ed uno proveniente da B, conclude che gli eventi A e B sono simultanei.

La domanda che ci si pone è allora: i due fulmini simultanei nel riferimento di O, lo sono anche in un riferimento in moto rispetto ad O? Che cosa registrerebbero i passeggeri di un aereo superveloce in viaggio con velocità v da A verso B?

simultaneo2 (15K) Un passeggero O' si trova nell'aereo, a metà strada tra i due eventi A e B. Le posizioni A e B corrispondono ai punti A' e B' sulla coda e sulla testa dell'aereo. Per O' l'evento A è un fulmine che colpisce la coda dell'aereo e l'evento B è un fulmine che colpisce la testa dell'aereo. Se la luce avesse velocità infinita, O' sarebbe colpito simultaneamente dai segnali provenienti da A e B, ma la luce si muove a velocità c per percorrere i tratti AO' e BO' e la velocità della luce è la stessa in ogni sistema di riferimento.
simultaneo3 (20K) Nel frattempo O' si è spostato con l'aereo verso il segnale proveniente da B e si allontana da quello proveniente da A. Esso vedrà pertanto il lampo B prima del lampo A. Nel sistema di riferimento di O' il fulmine che colpisce la testa è un evento che precede quello del fulmine che colpisce la coda.

Si potrebbe ripetere il ragionamento con un altro ipotetico aereo che viaggia in direzione opposta: questa volta gli osservatori in esso concluderebbero che l'evento A precede l'evento B: in conclusione, non solo la simultaneità non viene mantenuta, ma è possibile concepire sistemi di riferimento in cui l'ordine di successione degli avvenimenti si capovolge.

Possiamo pensare allora a riferimenti in cui sta avvenendo o è già avvenuto il nostro futuro? Significa che i legami di causa - effetto non sono più validi? Questo, come vedremo, non è affatto vero: tutto quello che si è detto sinora è riferito a eventi completamente indipendenti. La teoria relativistica di Einstein non solo salva, ma anzi rafforza il significato del rapporto di causa - effetto.

Se due eventi A e B sono legati da un fatto fisico in modo tale che A sia la causa e B l'effetto, l'evento A precederà l'evento B in ogni riferimento, anche se con diversa separazione spaziale.

La simultaneità è un concetto relativo, ma la relazione di causa-effetto non lo è.