Ogni mattina, quando apri Mappe sul tuo smartphone per controllare il traffico mentre esci da Roma o per trovare il bar più vicino a Napoli, stai usando una tecnologia che non sarebbe possibile senza la teoria della relatività di Albert Einstein. Sì, la stessa considerata fisica astratta per gli scienziati. La navigazione GPS non si limita a satelliti che ti “vedono” dall’orbita. È un sistema di incredibile precisione, in cui tenere conto della dilatazione del tempo e della curvatura dello spaziotempo non è un capriccio, ma una necessità imprescindibile. Se gli ingegneri ignorassero gli effetti relativistici, la tua posizione sarebbe errata di qualche chilometro ogni due giorni.
Come funziona il GPS? Ci sono 31 satelliti in orbita a un’altitudine di circa 20.000 km (in realtà sono di più, ma si pensa che siano così). 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 più 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 relatività generale minano questa semplicità.
Il primo è la relatività speciale: i satelliti si muovono rispetto alla Terra a circa 14.000 km/h. Per questo motivo, il tempo scorre più lentamente su di essi che sulla superficie terrestre, di circa 7 microsecondi al giorno. Il secondo è la relatività generale: il campo gravitazionale terrestre è più debole all’altitudine orbitale che sulla superficie, quindi il tempo scorre più 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 è programmato per rallentare artificialmente il proprio orologio in modo che “ticchetta” in sincronia con quello terrestre.
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 più preciso. Galileo offre una precisione fino a un metro in modalità civile (e fino a centimetri in modalità militare). È 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 anziché attendere che tutti i satelliti si “vedano” a vicenda.
