Se vi chiedessero di descrivere geometricamente il mondo tridimensionale in cui vivete e che vedete tutti i giorni, come ad esempio la vostra casa oppure un albero nel parco, sicuramente utilizzereste la lunghezza, la profondità e l’$altezza$, e prendendo carta e penna rappresentereste il tutto con le variabili x,y e z. Questo tipo di spazio è detto euclideo a ricordo del grande matematico greco Euclide, attivo nel III a.C. presso la Biblioteca (una sorta di moderna Università) di Alessandria d’Egitto, la cui opera fondamentale furono gli Elementi: un poderoso trattato di aritmetica, geometria ed algebra composto da 13 volumi che rimase insuperato per secoli.
Per descrivere il nostro spazio quotidiano occorrono solamente tre variabili, e le distanze tracciate che siano al Polo Nord o all’equatore non cambiano, ovvero la distanza nella geometria euclidea è, come si dice, un’invariante e lo è pure il tempo, nella fisica che introdusse Newton alla fine del XVII secolo. Ma se ci spostassimo fuori dal nostro mondo, magari vicino ad un buco nero, o a bordo di un’astronave che viaggia a velocità prossima a quella della luce, sarebbe la stessa cosa?
Diciamo subito che la risposta è no: la geometria euclidea e la fisica pre-relativistica sono state ideate da persone che, come noi, non potevano avere esperienza di queste condizioni estreme. Per questa ragione noi stessi facciamo fatica ad immaginarle, ma se potessimo ci accorgeremmo che comparirebbero fenomeni per noi strani: per esempio due osservatori in luoghi o con velocità differenti misurerebbero lunghezze differenti per lo stesso oggetto, o intervalli di tempo diversi tra due eventi.
In altre parole, le misure dello spazio e del tempo prese separatamente non sono assolute, ma dipendono dal sistema di riferimento (osservatore) a cui si riferiscono. In questo sistema di riferimento, però, non si possono considerare spazio e tempo separati, ma uniti nello spazio-tempo.
Lo spazio-tempo chiamato anche cronotopo viene definito da quattro coordinate: le prime tre identificano i punti nello spazio, come per lo spazio euclideo, mentre la quarta variabile identifica il tempo o meglio un preciso momento temporale. Tutte e quattro le coordinate definiscono quello che si chiama evento, ovvero una situazione avvenuta in un preciso luogo ed in un preciso istante. L’ideatore di questo oggetto matematico, utilizzato in seguito nella teoria della relatività, fu il matematico russo-tedesco Hermann Minkowski, uno dei maestri di Einstein, che lo introdusse nel 1907.
Nello spazio-tempo sono date delle regole precise con cui spazio e tempo si sommano ed è proprio l’intervallo spazio-temporale definito da queste regole a costituire il nuovo invariante. Oltre a questo, anche la velocità della luce è invariante, ed è stata proprio questa a permettere per la prima volta di rivelare questo nuovo modo di percepire le cose.
😀 ottimo
è spiegato molto bene! grazie!:lol:
spiegazione molto esauriente e precisa
Allora… se io mi posso spostare da un luogo all’altro… mi posso spostare anche secondo la 4° coordinata… cioè il tempo… almeno teoricamente, no?
Certo, se ci fai caso durante la tua vita ti sposti secondo la quarta coordinata, solo che per le coordinate spaziali possiamo decidere dove (avanti, dietro, sopra o sotto ecc…), ovviamente entro certi limiti, ma per il tempo possiamo solo avanzare nel futuro! 😀
E’ la prima volta che osservo un grafico dove viene raffigurato lo spazio (tutte le azioni che compiamo in un determinato punto in un determinato tempo) e il tempo, che può solo andare avanti…Questo teoricamente ci fa comprendere tantissime cose, ma se si potesse tornare indietro? oppure avanti molto velocemente? è vero (lo dice anche la spiegazione) che per far ciò (sempre teoricamente) verrebbero in gioco forze estreme velocissime e potentissime. L’idea di una macchina del tempo “Reale” è assurda, l’idea di una macchina del tempo “Teorica” è già realtà
E’ stupendo: mi sembra,leggendo questo articolo,di ascoltare il mio prof di fisica!E’ fantastico!
Avrei una piccola domanda..
Quindi, l’esistenza dello spazio-tempo non è a priori dalla presenza di un dato osservatore?
Ti ringrazio in anticipo!
E un grazie speciale a nome della passione per l’astronomia che cresce leggendo siffatti articoli!
Ciao enrì, innanzitutto scusa se ti rispondo così in ritardo ma il tuo post mi era sfuggito. 🙄
Sinceramente la tua è una domanda molto difficile. Da un certo punto di vista mi ricorda la domanda in un antico filosofo greco, che si domandava se un albero, cadendo, facesse rumore anche se non c’era nessuno ad ascoltarlo. Ho idea che la risposta a questa domanda non esista. 😯
L’unica cosa che mi viene in mente, ma è solo un tentativo, 💡 è da un punto di vista puramente matematico. Nella teoria (che come tutte le teorie è solo un modello matematico ideato da qualcuno per descrivere al meglio le nostre osservazioni) le parole “spazio-tempo” e “osservatore” sono concetti definiti matematicamente in modo preciso e in effetti l’oggetto matematico che definisce lo spazio-tempo si può “usare” anche senza un osservatore, il quale interviene solo quando si vuole descrivere qualche processo di misura.
Da questo punto di vista, quindi, sembrerebbe che la risposta sia no. D’altra parte è abbastanza evidente che la tua domanda è più filosofica, e qui la matematica non è in grado di dare risposte… 😳
salve a tutti…
qualche giorno fa ho letto su una rivista(Focus) un articolo sui buchi neri e in particolare di buchi neri rotanti nei quali tepricamente ci potrebbe essere un anello che funzionerebbe da macchina del tempo…come in una ciambella: se vai da una parte vai nel futuro, se vai dall’ altra vai nel passato…ma quando il futuro e il presente si incontrano…dove siamo?100 anni fa,200 anni fa, 100 anni dopo, 200 anni dopo?
Nella mia ignoranza di 17enne non riesco a capire…magari nessuno riesce a capire,ma se qualcuno riesce, può spiegarmelo?
Salve Bruno,
per poterti rispondere leggerò prima l’articolo che hai citato.
Quando il presente e il futuro si incontrano sei in una singolarità, causata dall’enorme densità della materia che porta ad un collasso gravitazionale in cui lo spazio-tempo è enormemente distorto.
In questo punto le leggi che conosciamo perdono validità, di conseguenza è difficile immaginare ciò che avviene.
Ad ogni modo il tempo proprio si ferma sull’orizzonte degli eventi.
Salve a tutti!
Mi è venuto un dubbio….
Questo vuol dire che, per esempio, una stella che vediamo potrebbe non esistere realmente?
O meglio, prendiamo per esempio l’asteroide 2007 TU24, esso, quindi, non è passato realmente il 28 Gennaio, ma è passato prima? ❓
Ciao!
Prendo la parola in un argomento che mi ha da sempre affascinato parecchio!
@Asia
E’ una questione di distanza…
Se la stella è a 100 anni luce di distanza, vuol dire che la sua luce per giungere fino a noi ci ha messo 100 anni: se durante questi 100 anni è successo qualcosa, ad esempio è diventata una nova, noi ce ne accorgeremmo solo dopo 100 anni che il fatto è accaduto! Quindi, nell’istante in cui la vediamo, la stella potrebbe davvero non esistere più!
Il sole invece sta ad 8 minuti-luce da noi, quindi la luce che vediamo è quella che è “partita” dal sole 8 minuti fa!
La Luna è invece a circa 1 secondo-luce da noi…
L’asteroide che ci è passato vicino, è passato così vicino che la sua luce ci ha messo poco più un secondo per giungere fino a noi: se gli fosse successo qualcosa ce ne saremmo accorti davvero subito!
Carissima Asia,
il tuo è un dubbio classico, che si fonda sulla nostra abitudine di considerare lo spazio e il tempo come quantità assolute e separate tra di loro. 😐
Vedere un oggetto in pratica significa che il segnale luminoso partito da questo ci ha raggiunti ed è stato individuato da noi tramite i nostri occhi o un qualche tipo di apparato di misura o altro.
Siccome, a causa dell’elevato valore della velocità della luce, il tempo che ci mette un segnale luminoso a coprire le distanze da noi considerate “normali” è piccolissimo rispetto ai tempi che riusciamo ad apprezzare, noi tendiamo a considerare questo tempo praticamente nullo. Per esempio, se io vedo un oggetto a trecento metri di distanza, la luce che è partita da questo e mi ha permesso di vederlo ci ha messo 1 milionesimo di secondo per raggiungermi, quindi io lo vedo nella posizione che aveva 1 milionesimo di secondo prima. E’ chiaro che nella vita quotidiana questo fenomeno non ha molta rilevanza. Iniziamo ad apprezzarlo quando, per esempio, si fanno delle telefonate intercontinentali che passano attraverso i satelliti geostazionari. Siccome questi stanno a circa 36000 km sopra di noi, il tempo di andata e ritorno di un segnale elettromagnetico (che viaggia alla stessa velocità della luce) è di circa 4 decimi di secondo (in realtà è un po’ più complicato, ma giusto per rendere l’idea).
Quando però si va a distanze normali per l’astronomia allora le cose cambiano. Per esempio, l’asteroide 2007 TU24 è passato a circa mezzo milione di km dalla Terra, quindi la sua immagine, al momento dello “sfioramento” ci metteva, grosso modo, 1,6 secondi per arrivare ai nostri strumenti. La velocità di questi oggetti rispetto alla Terra, è all’incirca attorno ai 10-20 km/s (per essere più precisi bisognerebbe conoscere gli elementi orbitali dell’asteroide) quindi si può dire che quando lo abbiamo visto si trovava tra i 16 e i 32 chilometri di distanza da quella posizione. Pare molto, ma se lo paragoniamo alla posizione in cielo questo equivale a dire che si è spostato di circa 13 secondi d’arco, cioè di una distanza angolare simile a quella che avrebbe lo spessore di un capello umano visto da più o meno 1 metro e mezzo.
In casi particolari è anche vero che una stella che vediamo potrebbe non esistere, almeno così come la vediamo. Per esempio, se una stella esplodesse a 1000 anni luce da qui trasformandosi in un buco nero, noi continueremmo a vederla come stella ancora per 1000 anni prima di vedere(si fa per dire) il buco nero. 🙂
Tutti questi discorsi, però, hanno una loro tara di fondo. Quando dico “se ora una stella esplodesse a 1000 anni luce da qui” implicitamente assumo di poter definire una relazione di contemporaneità tra il mio punto dello spazio-tempo e quello della stella, o meglio, tra io che osservo l’esplosione dalla Terra e un ipotetico altro osservatore che vede la stessa esplosione vicino alla stella. Ma per poter dire che due eventi sono contemporanei dobbiamo per forza avere un modo per mettere in comunicazione i due osservatori, e per poterlo fare questi si devono scambiare dei segnali.
I segnali però non possono viaggiare a velocità superiori a quella della luce e quindi dire una frase come quella di prima semplicemente non ha senso. Affermazioni di questo tipo, come dicevo prima, dipendono dalla nostra abitudine di considerare spazio e tempo come assoluti, mentre questo non è.
Facendo i conti giusti, secondo le formule della Relatività Speciale, ci si accorge che, ad esempio, la successione di due eventi in luoghi diversi A e B, vista da due osservatori diversi, può essere completamente differente, nel senso che un osservatore potrebbe vedere prima A e poi B, mentre secondo un altro potrebbe accadere invece prima B e poi A, cosa che non potrebbe assolutamente succedere se esistesse un unico tempo uguale per tutti.
Forse questa affermazione apparirà un po’ cervellotica, ma ti assicuro che ha conseguenze molto pratiche, senza le quali i nostri sistemi di comunicazione, per esempio, o i GPS o un’infinità di altre cose non potrebbero funzionare. 😕
Ciao a tutti. Gli alrticoli di questo sito sono sempre molto esaaurienti e comprensibili. A proprosito dello spazio-tempo volevo fare una domanda: cosa significa che prima del big bang(nel periodo della singolarità) lo spazio e il tempo non esistevano? Il cosiddetto “vuoto”,era realmente vuoto o era formato da qualcos’altro? Ho posto queste domande perchè la mia mente non riesce a concepire il vero senso della parola “vuoto”
Ciao a tutti. Gli alrticoli di questo sito sono sempre molto esaurienti e comprensibili.
A proprosito dello spazio-tempo volevo fare una domanda: cosa significa che prima del big bang (nel periodo della singolarità) lo spazio e il tempo non esistevano? Il cosiddetto “vuoto”,era realmente vuoto o era formato da qualcos’altro? Ho posto queste domande perchè la mia mente non riesce a concepire il vero senso della parola “vuoto” e quindi sarei felice di avere una spiegazione in grado di soddisfarmi.
Grazie!
Scusatemi per l’errore! Ne ho inviati due! 😳
molto ma molto suggestivo…..senza dubbio è un articolo che suscita grande attenzione, ma la mia domanda è questa:
un ipotetico osservatore di un’ ipotetica altra dimensione, valuterebbe la situazione spazio-tempo con i criteri da noi adoperati?
Inoltre… se in qualche modo, in futuro, si riuscisse ad invertire il “nostro” flusso temporale, con una forza maggiore che quindi sarebbe in grado di farci tornare indietro, gli eventi che ne deriverebbero, causerebbero degli squilibri a livello dimensionale se un ipotetico altro luogo dell’ Universo agisse come fatto da noi? 🙂 🙂 🙂 🙂
Cara Francesca Chiara,
secondo me per capire bene la questione bisogna sempre tenere a mente qual è l’obiettivo della scienza e come questo viene raggiunto. 🙄
Gli scienziati cercano di trovare dei modi per poter interpretare sia qualitativamente che quantitativamente la realtà che ci circonda (p.es. se c’è un meteorite in rotta di collisione con la Terra si può dire che questo colpirà il nostro pianeta – informazione qualitativa – ma anche quando, dove e con che velocità – informazione quantitativa) dove per “realtà” si intende quello che riusciamo a percepire tramite i nostri sensi o i nostri apparati sperimentali. 😮
Per far questo si ingegnano a trovare delle teorie che, per poter essere quantitative, devono per forza usare la matematica. In altre parole queste teorie non sono altro che dei modelli matematici della realtà. Per poter applicare la matematica alla realtà bisogna adottare delle “regole di corrispondenza” tra quest’ultima e gli oggetti matematici usati: per esempio, quando noi descriviamo le lunghezze come siamo abituati a fare implicitamente ipotizziamo che si possa far corrispondere un metro con un certo sottoinsieme dei numeri reali (i numeri reali sono l’insieme dei numeri interi positivi e negativi, le frazioni e i numeri cosiddetti irrazionali, come la radice quadrata di 2). 😉
Perdona lo sbrodolone iniziale, ma ora arriviamo al succo della questione. Per quanto detto sopra spazio e tempo nella teoria del Big Bang hanno dei significati matematici ben precisi, e per quanto ne so io non si può descrivere, all’interno di questo modello, istanti precedenti al Big Bang, perché mancano le “regole di corrispondenza”. In altre parole, si dice che il Big Bang ha creato non solo l’Universo, ma anche lo spazio e il tempo. Per questa ragione non ha senso chiedersi cosa c’era “prima” del Big Bang: semplicemente non esiste un “prima” in questo modello matematico. Per la stessa ragione, parlare di “qualcosa”, anche un “vuoto”, al di fuori del Big Bang non ha senso. 😐
Spero di non averti deluso con questa risposta, che descrive delle ragioni puramente “tecniche” e non filosofiche, ma per quel che ne so io è l’unico tipo di risposta che si possa dare. 😕
Ciao Gabriella, grazie per la risposta, non mi ha affatto delusa, anzi, mi ha aiutata a capire ciò che fino ad oggi non riuscivo a spiegarmi.
Grazie ancora! 😛
Carissimo Antonio,
diciamo che bisognerebbe capire cosa si intende quando si parla di un osservatore in “un’altra dimensione”: un altro Universo? Un altro osservatore da qualche parte nel nostro stesso Universo? O qualcos’altro ancora? 😕
In Fisica la “dimensione” ha un significato preciso associato al modello matematico che si usa. Nel suo uso più comune ci si riferisce alle dimensioni di cui parlavo nell’articolo, cioè una delle tre dimensioni spaziali o quella temporale.
Quindi è chiaro che ipotizzare l’esistenza di altre dimensioni analoghe a queste, ma diverse, implica che, con tutta probabilità, i criteri di valutazione sarebbero completamente diversi. 😉
Se ho ben capito, consiglierei la lettura del libro “Flatlandia”, di Abbott. Il libro racconta di come esseri bidimensionali percepiscono la vita di esseri monodimensionali e “l’intrusione” di esseri tridimensionali nel loro mondo e, potrebbe dare un’idea di quello che intendi tu. 🙂
Per quel che riguarda la seconda parte della domanda, è una variazione del classico “dilemma del nonno”: se torno indietro nel tempo e per questo mio nonno (o qualche mio antenato) muore prima che io nasca, cosa ne può essere di me? 🙄
Io in teoria non dovrei nemmeno esistere, quindi come potrei essere tornato indietro nel tempo e aver provocato questa catena di avvenimenti?
Nel tuo caso ci si chiede cosa succederebbe se due osservatori, in posti differenti facessero un “viaggetto all’indietro nel tempo” e compissero delle azioni in conseguenza delle quali i due futuri risultanti fossero in contraddizione.
Le risposte a questo genere di domande sono piuttosto speculative, e c’è chi ha evocato l’esistenza di un meccanismo automatico, alla stessa stregua di altre leggi della natura come la gravità o l’elettromagnetismo, che agirebbe impedendo naturalmente l’accadere di questo tipo di “contraddizioni temporali”.
Molto suggestivamente, questa ipotesi è chiamata, se non ricordo male, il “principio del censore cosmico”… 😛
La materia occupa uno”spazio”; ma quando l’Universo da noi conosciuto era concentrato in quel luogo piccolissimo che poi si è espanso col Big Bang, cosa c’era intorno? Come si può definire quella cosa che era intorno e che poi è diventata “spazio”? E comunque non è la stessa cosa ora? L’Universo continua ad espandersi, ma come possiamo definire e immaginare quell'”oltre” che le galassie più periferiche allontanandosi andranno ad occupare?
Grazie
@Anna,
scusa se mi intrometto, ma ho letto la tua domanda e mi preme risponderti subito. Intorno al punto piccolissimo che poi ha dato luogo al Big Bang NON C’ERA NIENTE. Lo spazio è nato col Big bang e così il tempo. Anche oggi lo spazio è solo quello occupato da qualcosa. al di fuori non c’è niente. E’ per questo che anche quando l’Universo era piccolissimo era anche infinito, perchè occupava sempre tutto lo spazio. Sono concetti un po’ difficili, ma spero ti abbia chiarito un poco le idee… Se no scrivi di nuovo
ciao
Buonasera a tutti voi
il concetto del nulla non mi è particolarmente chiaro.
Come può una massa “Big-Bangamare” nel nulla?
Il nulla è l’assenza totale, è l’inesistenza, è l’inesistente.
Come potrebbe quindi un piccolissimo concentrato di materia/energia quale era l’universo prima del B.B. “galleggiare” nell’inesistente?
Il niente o il nulla non credo esista, penso che sia uno “stato” creato da noi umani per semplificare alcuni concetti, diversamente difficili da spiegare se non addirittura inspiegabili con le conoscenze assimilate.
Tuttavia se realmente il nulla esiste, il nostro universo è destinato inevitabilmente a morire per dispersione, per dissanguamento energetico, nulla lo proteggerebbe da questa sorte poichè proprio il nulla ne assorbirebbe tutta l’energia.
Triste sorte…non trovate?
Veramente la scienza crede che il nulla possa esistere?
Spero vivamente si possa sbagliare 😉
Altro discorso vale invece per lo spazio/tempo.
Logicamente lo spazio nasce dal momento in cui un punto si divide in due dando origine così allo spazio (quello appunto che si crea tra i due punti)
Nasce così per effetto diretto anche il tempo,momento che defisce l’allontanamento dei due punti, che ne definirà poi l’altro valore che conosciamo come velocità.
Lo spazio troverà poi in seguito l’infinità e incontrerà le masse che lo curveranno ma solo in alcuni casi.
Spazio/tempo sono i fondamenti nati dal B.B per effetto della divisione del primordiale puntino Massa/energia.
Immaginiamo l’universo, cerchiamo di rispondere alle domande, ma nel cuore resta sempre l’amarezza di non poter comprendere mai abbastanza, sopratutto per chi come me non ha le conoscenze appropriate e cerca di capire aiutato dai soli e propri pensieri.
Quanto detto potrebbe essere quindi del tutto sbagliato ma avevo il piacere di poter esternare quanto i miei pensieri suggeriscono.
Cordialmente
Dimenticavo…
il “puntino” primordiale occupava già spazio, quello che il B.B. fece credo, è dare origine per effetto al tempo.
Dovevo precisarlo, poichè diversamente il concetto che “due punti” creano lo spazio-tempo non poteva reggere.
Scusate la post-precisazione
Cordialmente
Bellissimo articolo, complimenti!!
Un dubbio mi assale leggendo l’articolo e lo spiego con un esempio che faccio prima (dato che non ho paroloni per esprimermi meglio) 😀
E’ risaputo che la luce viaggia approssimativamente a 300.000 km/s (se non erro) e per assurdo ipotizziamo un oggetto che si avvicini al nostro punto di osservazione ad una velocità di 100.000 km/s partendo da una distanza di qualche anno luce. Bene il dubbio è questo, se la luce viaggia a 300.000 km/s, cosa accade, anzi meglio cosa vediamo, quando l’oggetto è a meno di 300.000 km da noi? Se non possiamo dire (possiamo?) che in questo caso la velocità della luce è uguale ad essa più la velocità dell’oggetto che la emette vorrebbe dire che noi vedremo dopo che ci ha colpito? E’ un po’ come il passeggero che avanza tra i vagoni del treno che viaggia alla velocità della luce 😛
Un nuovo studio di un ricercatore della Natonal Tsing-Hua University di Taiwan di nome Wun- Yi Shu , sostiene che il l’universo non ha avuto un’inizio e non avrà una fine, ma è in continua evoluzione, mentre massa, spazio e tempo possono convertirsi l’uno nell’altro. Egli sostiene che spazio e tempo possono convertirsi l’uno nell’altro, con la velocità della luce come fattore ci conversione perchè la velocità della luce sarebbe variabile. La velocità della luce sarebbe una delle proprietà geometriche dello Spazio tempo. L’Universo è in espansione e la velocità della luce varierebbe in funzione di questa espansione. Così come la massa. Pertanto niente Big Bang nè fine del mondo.
Mi chiedevo, invece, se queste categorie dello spazio -tempo, non fossero che un prodotto della stessa velocità della luce, direttamente generate dal Big Bang, così come la massa. E che prima del Big Bang, ed oltre l’universo generato,queste categorie non possano esistere, perchè sono un prodotto dei rapporti tra le masse, generate dal Big Bang. Il “vuoto cosmico”, è privo di categorie, perchè mancano i rapporti. E’ l’assenza di Luce, è la morte. In pratica, oltre la luce, superata la sua velocità, potrebbe non esserci niente, o meglio, solo la morte. Dalla parte opposta del buco nero, potrebbero non esserci altri mondi, ma il vuoto cosmico.
Chiedo scusa, perchè non sono uno specialista, e questa teoria sa più di metafisico, che di scientifico, e si scontra con le recenti teorie di astrofisica delle particelle, quella delle stringhe e degli ologrammi.
Saluti e grazie perchè la vostra è una materia molto interessante!
Gradirei una risposta.