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Argomenti: Albert Einstein, Emilio Picasso, Ruggero Orlando, la dilatazione temporale, la dilatazione del tempo, il tempo è relativo, la teoria della relatività ristretta, il decadimento del muone.
In fisica la dilatazione del tempo, in accordo con la teoria della relatività ristretta di Albert Einstein, è il fenomeno per cui la durata di un medesimo evento risulta maggiore se misurata in un sistema di riferimento in moto rispetto a quello assunto come solidale con l'evento. La dilatazione temporale diventa rilevante solo se la velocità relativa tra i due sistemi di riferimento è una frazione significativa della velocità della luce nel vuoto. Tra le conferme sperimentali disponibili circa la dilatazione del tempo, ha rilevanza storica il decadimento di un particolare tipo di particelle elementari, i muoni, prodotti sia dai raggi cosmici sia nei grandi acceleratori di particelle. Furono Bruno Rossi e David B. Hall nel 1940, grazie ad un esperimento divenuto celebre, ad evidenziare per primi la dilatazione temporale nel decadimento dei muoni prodotti per effetto dell'interazione dei raggi cosmici con l'atmosfera terrestre. I raggi cosmici incontrano l'atmosfera a circa 10 km di altezza e, viaggiando a una velocità di poco inferiore a quella della luce. I muoni però decadono con vita media in un tempo circa 14 volte inferiore, e non dovrebbero quindi riuscire a raggiungere il suolo. Poiché si muovono così velocemente, la dilatazione del tempo diventa un fattore non trascurabile. In effetti, i muoni decadono con vita media molto maggiore di quella propria τ, riuscendo quindi ad attraversare l'atmosfera e ad essere rilevati anche a basse quote. La teoria della relatività ristretta (o relatività speciale), sviluppata da Albert Einstein nel 1905, è una riformulazione ed estensione delle leggi della meccanica. In particolare essa è necessaria per descrivere eventi che avvengono ad alte energie e a velocità prossime a quella della luce, riducendosi alla meccanica classica negli altri casi. La teoria si basa su due postulati: le leggi della meccanica, dell'elettromagnetismo e dell'ottica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali; la luce si propaga nel vuoto a velocità costante c indipendentemente dallo stato di moto della sorgente o dell'osservatore. Il primo postulato, noto anche come principio di relatività speciale, riafferma ed estende il principio di relatività di Galileo, mentre il secondo può derivarsi dal primo ed elimina la necessità dell'etere luminifero, dando il giusto significato all'esperimento di Michelson-Morley. Dai due postulati discende che nell'universo descritto dalla relatività speciale le misure di intervalli temporali e di lunghezze spaziali effettuate da osservatori inerziali non corrispondono necessariamente fra loro, dando luogo a fenomeni come la dilatazione del tempo e la contrazione delle lunghezze, che sono espressione dell'unione dello spazio tridimensionale e del tempo in un'unica entità quadridimensionale nella quale si svolgono gli eventi, chiamata cronotopo o spazio-tempo. In questo ambito lo strumento matematico che consente il cambio di sistema di riferimento sono le trasformazioni di Lorentz, che si riducono alle trasformazioni di Galileo della fisica classica nel limite di basse velocità. Dai postulati della relatività si ricava anche che l’energia di un corpo include un termine additivo, indipendente dalla velocità del corpo e proporzionale alla sua massa, dato dalla nota formula E=mc². La riscrittura delle leggi della meccanica operata dalla relatività ristretta portò a una radicale svolta nella comprensione del mondo fisico e a una grande fama del suo autore anche al di fuori del contesto scientifico, mentre la relazione E=mc² è divenuta la più famosa equazione in assoluto, entrando a far parte della cultura in generale. La relatività ristretta risultò essere un'estensione della meccanica classica, che può essere ritrovata se le velocità dei corpi presi in considerazione sono molto inferiori rispetto a quella della luce. La perdita dei concetti di spazio e tempo assoluti ha conseguenze apparentemente contraddittorie o lontane dall'esperienza e dal senso comune, come la contrazione delle lunghezze e la dilatazione dei tempi, o il paradosso dei gemelli. Tutti questi fenomeni, spiegati dalla relatività ristretta, sono in contrasto con il senso comune proprio perché richiedono velocità molto elevate (prossime a quelle della luce) per essere apprezzati; le esperienze di tutti i giorni, invece, avendo a che fare con velocità molto inferiori, possono essere spiegate efficacemente dalla fisica classica. Inoltre, mentre nella meccanica classica lo spazio e il tempo sono trattati come entità sostanzialmente distinte, la relatività ristretta introduce il concetto di spaziotempo, in cui essi sono indissolubilmente legati.
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