Ogni mattina, quando apri Mappe sul tuo smartphone per controllare il traffico mentre esci da Roma o per trovare il bar pi\u00f9 vicino a Napoli, stai usando una tecnologia che non sarebbe possibile senza la teoria della relativit\u00e0 di Albert Einstein. S\u00ec, la stessa considerata fisica astratta per gli scienziati. La navigazione GPS non si limita a satelliti che ti “vedono” dall’orbita. \u00c8 un sistema di incredibile precisione, in cui tenere conto della dilatazione del tempo e della curvatura dello spaziotempo non \u00e8 un capriccio, ma una necessit\u00e0 imprescindibile. Se gli ingegneri ignorassero gli effetti relativistici, la tua posizione sarebbe errata di qualche chilometro ogni due giorni.<\/p>\n
Come funziona il GPS? Ci sono 31 satelliti in orbita a un’altitudine di circa 20.000 km (in realt\u00e0 sono di pi\u00f9, ma si pensa che siano cos\u00ec). Ogni satellite trasporta un orologio atomico, incredibilmente preciso, con un errore di un secondo ogni 100 milioni di anni. Questi orologi inviano costantemente un segnale con indicazione oraria alla Terra. Il tuo smartphone o dispositivo GPS riceve segnali da quattro o pi\u00f9 satelliti simultaneamente, misura il ritardo (la differenza tra i tempi di invio e di ricezione) e triangola la tua posizione. Sembra semplice. Ma due effetti della relativit\u00e0 generale minano questa semplicit\u00e0.<\/p>\n
Il primo \u00e8 la relativit\u00e0 speciale: i satelliti si muovono rispetto alla Terra a circa 14.000 km\/h. Per questo motivo, il tempo scorre pi\u00f9 lentamente su di essi che sulla superficie terrestre, di circa 7 microsecondi al giorno. Il secondo \u00e8 la relativit\u00e0 generale: il campo gravitazionale terrestre \u00e8 pi\u00f9 debole all’altitudine orbitale che sulla superficie, quindi il tempo scorre pi\u00f9 velocemente sui satelliti, di circa 45 microsecondi al giorno. L’effetto risultante (45 – 7 = 38 microsecondi al giorno) sembra trascurabile. Ma la luce percorre 300 metri in un microsecondo. Moltiplicando 38 microsecondi per 300 metri si ottiene un errore di 11 chilometri al giorno, se non corretto. Pertanto, ogni satellite GPS \u00e8 programmato per rallentare artificialmente il proprio orologio in modo che “ticchetta” in sincronia con quello terrestre.<\/p>\n
In Italia, come in tutta Europa, utilizziamo il sistema Galileo, l’equivalente europeo del GPS americano. Funziona secondo gli stessi principi fisici, ma con un orologio atomico a base di idrogeno ancora pi\u00f9 preciso. Galileo offre una precisione fino a un metro in modalit\u00e0 civile (e fino a centimetri in modalit\u00e0 militare). \u00c8 grazie a questi satelliti che il vostro smartphone italiano non perde il segnale nelle strette vie dei centri storici, dove gli edifici creano un “canyon urbano”. Tuttavia, anche nell’era degli smartphone, il GPS ha i suoi punti deboli: muri, vegetazione fitta e maltempo possono indebolire il segnale. Per questo motivo, i telefoni moderni utilizzano l'”A-GPS” (Assisted GPS), che scarica i dati di posizione dei satelliti da internet anzich\u00e9 attendere che tutti i satelliti si “vedano” a vicenda.<\/p>\n
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Ma esistono applicazioni pi\u00f9 esotiche della fisica relativistica nella vita di tutti i giorni. Le transazioni finanziarie con timestamp, la sincronizzazione delle celle telefoniche (per evitare che la chiamata si interrompa spostandosi da una cella all’altra a Milano) e il funzionamento della rete elettrica dipendono tutti da orologi atomici calibrati per l’effetto Einstein. Quando si trasferisce denaro tramite un’app mobile, i timestamp sui server devono essere precisi al millisecondo. In caso contrario, si rischiano addebiti doppi o transazioni perse. Quindi, letteralmente, utilizziamo la teoria della relativit\u00e0 ogni giorno senza nemmeno rendercene conto.<\/p>\n
\u00c8 interessante notare che il GPS non richiede una connessione internet per funzionare: il segnale satellitare \u00e8 sufficiente. Pertanto, anche negli angoli pi\u00f9 remoti delle Alpi italiane o in Sardegna, dove non c’\u00e8 copertura di rete mobile, la navigazione continua a funzionare. Tuttavia, per scaricare le mappe, \u00e8 necessario prima scaricare un file offline. Molti viaggiatori non lo sanno e si ritrovano senza mappa quando il segnale viene perso. Ora lo sapete: prima di partire per la montagna, scaricate la mappa della regione da Google Maps o Maps.me. E ricordate che la navigazione non mostra la vostra posizione “reale” nello spazio, ma la calcola solo con un margine di errore probabilistico. Nelle foreste fitte, l’errore pu\u00f2 arrivare fino a 30 metri, sufficiente a far perdere il percorso desiderato.<\/p>\n
Il futuro del posizionamento risiede nelle tecnologie quantistiche e nell’integrazione con il 5G. Sistemi che utilizzano neutrini e persino onde gravitazionali sono gi\u00e0 in fase di sperimentazione (scherzo, ma i fisici ci stanno lavorando). Nel frattempo, basta alzare lo sguardo al cielo: lass\u00f9, a un’altitudine di 20.000 chilometri, c’\u00e8 un orologio che gira e sa dove ti trovi. E funziona grazie al genio che ha rivoluzionato la nostra comprensione del tempo e dello spazio. La prossima volta che Google Maps ti dice di “girare a sinistra tra 200 metri”, ringrazia mentalmente Einstein. Se lo meritava davvero pi\u00f9 di chiunque altro.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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