martedì 20 gennaio 2015

Scuola Guida Relativistica: come appare il cielo alla velocità della luce?

Lo spazio come appare a velocità prossime a quella della luce
(da Gunbuster)
Abbiamo appena acquistato un’astronave nuova di zecca, nuovo modello, teoricamente in grado di sfiorare  la velocità della luce.  Usciti dal concessionario,  ci lasciamo la Terra alle spalle ed acceleriamo,  incuranti  dei consumi elevatissimi  dovuti al fatto che la nostra massa  aumenta sempre di più via via che la velocità cresce richiedendo una spinta sempre maggiore.  
Non abbiamo però letto il libretto delle istruzioni e quindi restiamo a bocca aperta osservando  fuori della cabina di pilotaggio. L’impressione è che le stelle si stiano allontanando da noi!  La loro luce si sta infatti concentrando in un alone indistinto verso la prua della nave. Il computer di bordo però ci rassicura:  È un fenomeno analogo a quello osservato andando in moto sotto la pioggia, dove le gocce d’acqua sembrano provenire solo da davanti.  Questo fenomeno è descritto quantitativamente dalle trasformazioni  di Lorentz, ma in sostanza la nostra velocità è tale che la luce delle stelle non riesce ‘a raggiungerci’ dai lati e sembra quindi provenire solo da  davanti.
Il campo stellare da fermi...
...all'85% della v luce..

Oltre all’aberrazione geometrica, le stelle cambiano colore: Infatti la lunghezza d’onda emessa dagli astri ci appare accorciata e dunque tende a spostare la luce verso il blu. (Questo fenomeno – l’effetto Doppler -   è lo stesso, ma opposto a quello dello spostamento verso il rosso osservato dall’allontanamento delle galassie a seguito del Big Bang).  Le stelle tendono a quindi formare una specie di arcobaleno circolare intorno alla prua della nave. 

Al 98.4% di vluce...
Al 99.8% di vluce
Siamo quasi alla  velocità della luce (per raggiungerla dovremmo avere massa nulla, ma l’aspetto dello spazio non cambierebbe): le stelle si sono concentrate in un punto luminoso centrale, circondato da un alone colorato dovuto appunto all’effetto Doppler relativistico. Con questo bolide  raggiungere Giove in circa mezz’ora Plutone in poche ore, ma il campo di stelle rimane comunque immutato. Anche a  questa velocità ci vorranno più di quattro anni per raggiungere la stella più vicina e quasi trentamila anni per raggiungere il centro galattico.
Effetto Doppler relativitistico. La nostra astronave è il
puntino blu che si muove con velocità sempre maggiore
verso destra. Di fronte a noi si osserva uno spstamento
verso il blu della luce delle stelle. (da wikipeedia)
L’effetto  in cui le stelle sembrano passare ai lati dell’Enterprise come lampioni di un’autostrada galattica è quindi incorretto, perché implicherebbe una velocità di  varie decine di anni luce al secondo  (ma già attribuito a qualche effetto apparente dovuto alla velocità warp), e comunque dopo le recenti devastazioni di JJ Abrams è il problema minore di Star Trek
Corso di Relatività e trasformazioni di Lorentz in Gunbuster


Chi però  tiene conto correttamente degli effetti relativistici è l’ineffabile Hideaki Anno. 


In Gunbuster (1988),  serie già citata in un precedente articolo sui buchi neri, descrive correttamente l’effetto di aberrazione relativistica, con tutte le stelle concentrate in un punto e circondate dall’anello multicolore di Einstein. Per non farsi mancare niente, il regista  di Evangelion, ha aggiunto una serie di micro corsi scientifici  alla fine di ogni episodio in cui le protagoniste del cartone discutono la fisica relativa, con tanto di trasformazioni di Lorentz.    

In assenza di una astronave possiamo provare i brividi della guida relativistica con Star Strider,  un planetario shareware, da cui abbiamo tratto queste immagini.