Spaziotempo

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Schematizzazione dello spaziotempo. Si noti che per lo spazio sono state usate due dimensioni.

In fisica per spaziotempo si intende la struttura dell'Universo nello spazio e nel tempo, pertanto è composto da quattro dimensioni: le tre dello spazio (lunghezza, larghezza e profondità) e il tempo, rappresentante il luogo dove si svolgono i fenomeni fisici.

Definizione

Lo spaziotempo è un concetto fisico che combina le nostre classiche nozioni tradizionalmente distinte di spazio e di tempo in un'unica entità.

Affinché questo processo sia possibile è necessario che le grandezze fisiche siano omogenee (sennò, sarebbe come sommare le mele con le pere).

Le variabili spaziali le si lascia inalterate. Il tempo deve essere "trasformato" in spazio. Scomodando solo la formula per il calcolo della velocità $v=s/t$ovvero velocità uguale allo spazio percorso diviso il tempo impiegato a percorrerlo, e utilizzando come velocità la velocità della luce, una costante che indicheremo con $c$si ottiene:

${\text{spaziotempo}}={\begin{cases}x\\y\\z\\c\cdot t\Longleftarrow {\text{perché }}c={\frac {s}{t}}{\text{ pertanto }}s=c\cdot t\end{cases}}$

In questo modo abbiamo quattro dimensioni tutte definibili come spaziali.

Implicazioni

Osservando la figura si notano due coni: la loro intersezione è il presente,la parte in basso il passato e la parte in alto il futuro, nella direzione della freccia.

Se restiamo immobili, il tempo scorre e noi ci spostiamo verso l'alto. Se camminiamo in una direzione, oltre a spostarci nello spazio, ci spostiamo anche nel tempo, quindi (come prima) saliremo e ci sposteremo. Aumentando la velocità (per esempio correndo) il tempo continua a scorrere, ma noi raggiungeremo la destinazione in minor tempo.

I coni rappresentano la velocità della luce. Pertanto tutto quello che è al di dentro possiamo raggiungerlo (nel futuro) e può averci raggiunto (nel passato). Tutto quello che è esterno ai coni non farà parte della nostra vita, perché – dal passato – avrebbe dovuto viaggiare più velocemente della luce (e questo non è possibile). Allo stesso modo, noi non potremo raggiungerlo nel futuro (se è esterno al cono) perché non potremo mai superare la velocità della luce.

Proxima Centauri, ripresa dal telescopio spaziale Hubble

Tre esempi

• Il Sole, dista dalla Terra 8 minuti luce. Quando lo osserviamo, osserviamo com'era 8 minuti fa.
• Se un alieno osservasse la Terra da luoghi molto distanti (per esempio, milioni di anni luce) in quest'istante osserverebbe i dinosauri. Il ché complica notevolmente la ricerca spaziale.
• Infine, la prossima volta che osserverete le stelle, pensate che la stella più vicina a noi è Proxima Centauri, e dista oltre 4 anni luce. Pertanto la osservate com'era quattro anni fa. In una notte molto limpida è possibile distinguere a occhio nudo, fino a 3000 stelle. Ma... non è detto che ci siano ancora. Le osserviamo com'erano tanti anni fa.

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