L’esperimento Hafele-Keating

E’ il 1971. Due astronomi americani Richard Keating e Joseph Hafele decidono di programmare un esperimento per indagare gli strani effetti sulla dilatazione del tempo previsti circa sessanta anni prima da Albert Einstein.
I due si procurano tre orologi atomici, che sincronizzano tra loro. Orologi cosi precisi da non sfasare più di un miliardesimo di secondo in milioni di anni.

Quando si dice orologi molto affidabili!

Hafele e Keating non hanno più molte risorse e quindi vanno in un aeroporto e ne lasciano uno in una sala d’attesa, poi comprano dei biglietti, due, uno per ciascuno degli orologi rimasti su voli commerciali.
Uno dei voli commerciali vola verso est e l’altro verso ovest e dopo aver circumnavigato il globo sarebbero tornati allo scalo di partenza ricongiungendosi con l’orologio sincronizzato rimasto sulla Terra.

Poichè la Terra ruota su se stessa in direzione est, volare verso est o verso ovest produce una lieve differenza nella velocità relativa dei diversi aerei. Il senso comune avrebbe voluto che al ritorno del viaggio intorno al mondo i 3 orologi fossero ancora sincronizzati, d’altra parte un secondo è sempre un secondo, o no?
Eistein la pensava diversamente.

Ed i due astronomi diventati famosi per questo esperimento ne hanno la conferma appena gli aerei atterrano nell’aeroporto di partenza. I tre orologi non sono più sincronizzati. L’orologio che aveva viaggiato verso est era indietro di 59 miliardesimi di secondo rispetto all’orologio rimasto a terra, mentre quello che aveva viaggiato verso ovest era avanti di 273 miliardesimi di secondo.

Se i tre orologi fossero rimasti gli uni vicini agli altri per produrre un simile sfasamento ci sarebbero voluti più di 300 milioni di anni. Hafele e Keating avevano dimostrato che le ragioni di un simile scarto erano due, entrambe dovute alle predizioni di Einstein. La prima predizione legata alla relatività ristretta o speciale asseriva che le velocità relative dei tre orologi avrebbero dovuto produrre delle lievissime (ma misurabili) sfasature temporali.

La seconda ragione apparteneva invece agli effetti indotti dalla gravità (teoria della relatività generale), l’effetto della Terra sullo spaziotempo sarebbe stato più pronunciato sulla superficie terrestre che alle altitudini a cui avevano volato gli aerei. Il combinato disposto di queste due predizioni di Einstein furono calcolati prima che Hafele e Keating effettuassero il loro esperimento. E poi sommati.

Il calcolo teorico fatto prima dell’esperimento prevedeva che l’orologio che volava verso est sarebbe dovuto risultare indietro per non più di 60 miliardesimi di secondo (e risultò al termine dell’esperimento di 59 miliardesimi) e quello che volava verso ovest sarebbe dovuto essere avanti di circa 275 miliardesimi di secondo (e risultò di 273 miliardesimi).

Einstein, ancora una volta, aveva avuto ragione.