La contrazione della lunghezza si riferisce a un fenomeno in cui un oggetto viene percepito come più corto lungo la dimensione del suo movimento da un osservatore quando l’oggetto è in movimento rispetto a quell’osservatore. Viene anche chiamata contrazione di Lorentz o contrazione di Lorentz-Fitzgerald, dai fisici Hendrik Lorentz e George Fitzgerald. Più velocemente un oggetto si muove rispetto all’osservatore, più si contrarrà dalla prospettiva dell’osservatore. Questo effetto è così piccolo da essere trascurabile alle velocità che gli esseri umani possono incontrare nella vita quotidiana, ma negli oggetti che si muovono a una frazione apprezzabile della velocità della luce diventa più evidente.
Il fenomeno della contrazione della lunghezza è una conseguenza della relatività ristretta. Secondo la teoria della relatività, la velocità della luce nel vuoto (circa 300,000 chilometri o 186,000 miglia al secondo), oc, è sempre costante per tutti gli osservatori. Controintuitivamente, questo rimane il caso della luce emessa da una sorgente che si muove dalla prospettiva di un osservatore.
Supponiamo che un oggetto venga lanciato nella direzione di marcia da un’astronave che si muove a 5 chilometri al secondo (KPS) rispetto alla Terra, spingendolo lontano dall’astronave a 1 KPS. Un osservatore nella nave lo percepirà come allontanarsi a 1 KPS, mentre un osservatore sulla Terra lo percepirà muoversi a 6 KPS. Se si accende una luce esterna sulla nave, l’osservatore nella nave rileverà la luce che si allontana dalla nave in c, ma l’osservatore sulla Terra percepirà anche la luce che si muove in c, non c più la velocità della nave .
Il risultato è che il momento preciso in cui la luce della nave raggiunge una data posizione varierà per i diversi osservatori a seconda della loro velocità rispetto all’astronave. Di conseguenza, non saranno d’accordo su quali altri eventi stavano accadendo nello stesso momento. Questa si chiama relatività della simultaneità.
Il modo in cui questo si riferisce alla lunghezza rilevata di un oggetto è comunemente spiegato nel seguente esperimento mentale. Immagina una fila di orologi sincronizzati, in cui ogni orologio può misurare quando l’estremità sinistra e destra di un oggetto in movimento gli passa davanti. Dopo che un oggetto si è spostato oltre la fila di orologi, un osservatore può determinarne la lunghezza calcolando la distanza che due orologi dovrebbero essere l’uno dall’altro affinché l’estremità destra dell’oggetto raggiunga un orologio nello stesso istante in cui l’estremità sinistra raggiunge il secondo orologio.
Due osservatori che condividono un quadro di riferimento concorderanno sulla durata. Poiché la misurazione si basa su quali eventi si verificano contemporaneamente, tuttavia, gli osservatori in movimento l’uno rispetto all’altro non saranno d’accordo sulla lunghezza. Maggiore è la velocità di un osservatore rispetto agli orologi, più le loro misurazioni differiranno da quelle di un osservatore a riposo rispetto ad essi.
L’effetto della contrazione della lunghezza aumenta a velocità più elevate. Un oggetto che si muove di 0.05 c (5 percento della velocità della luce), a circa 14,990 chilometri (9,314 miglia) al secondo, sembrerà leggermente accorciato a un osservatore stazionario – circa il 99.87 percento della sua lunghezza a riposo se è orientato parallelamente alla linea del suo movimento. La lunghezza vista dall’osservatore si riduce al 97.79 percento della sua lunghezza a riposo a 0.2 c, 91.65 percento a 0.4 c e 71.41 percento a 0.7 c. A 0.9c la lunghezza rilevata dell’oggetto si riduce al 43.58 percento ea 0.999c si contrae solo al 4.47 percento. La contrazione più vicina alla c diventa ancora più estrema, sebbene la lunghezza non si contragga mai a zero.
Se c’è un osservatore che viaggia con l’oggetto, questo osservatore non percepisce l’oggetto in contrazione perché, dal suo punto di vista, la velocità relativa dell’oggetto è zero. Nel sistema di riferimento di quell’osservatore, l’oggetto è fermo mentre il resto dell’universo è in movimento rispetto all’osservatore, e quindi dalla prospettiva di quell’osservatore è il resto dell’universo che si contrae.
La variazione della lunghezza misurata di un oggetto sottoposto a contrazione della lunghezza differisce da come l’oggetto apparirebbe effettivamente visivamente, come visto dall’occhio umano o da una fotocamera, perché un oggetto che si muove abbastanza velocemente da produrre una notevole contrazione della lunghezza si muove a una percentuale significativa di la velocità della propria luce. A tali velocità, i fotoni emessi contemporaneamente da diverse parti dell’oggetto raggiungeranno l’osservatore in tempi sensibilmente diversi, distorcendo l’aspetto visivo dell’oggetto. Pertanto, un oggetto che si muove verso un osservatore ad alta velocità sarebbe distorto in modo tale da sembrare effettivamente più lungo all’ispezione visiva nonostante la contrazione della lunghezza. Un oggetto che si allontana dall’osservatore sembrerebbe più corto a causa dello stesso effetto di ritardo, oltre alla contrazione della lunghezza effettiva, e un oggetto che supera l’osservatore sembrerebbe storto o ruotato.