Un’eco di Einstein: un legame inaspettato tra richiami di balene e relatività ristretta

L’oceanografo John Spiesberger ha scoperto che il richiamo della balena è, incredibilmente, intrecciato agli stessi limiti di velocità che Einstein ha dedotto dall’universo.

Sulle coste sabbiose e ventose di Provincetown, Massachusetts, le persone possono trovarsi a strizzare gli occhi verso l’orizzonte, aspettando che una balena faccia il suo grande ingresso con una spettacolare sfilata.

“Il suono di una balenottera comune può essere udito a 100 chilometri di distanza sott’acqua con un solo idrofono,” dice Spiesberger.

“Poiché quei richiami viaggiano così lontano, possiamo usarli per individuare dove si trova un animale confrontando quando il suo suono raggiunge ricevitori sparsi sul fondale marino.”

Ma c’è un problema: se stessero cercando di tracciare una balena vicina usando solo la fisica standard, probabilmente collocerebbero l’animale nel punto sbagliato—di centinaia di metri di distanza.

In un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Physical Review E, Spiesberger e il collega Eugene Terray della Woods Hole Oceanographic Institution offrono una possibile spiegazione del perché ciò accada: il modesto richiamo della balena è, incredibilmente, intrecciato agli stessi limiti di velocità che Einstein ha dedotto dall’universo. I loro risultati potrebbero migliorare il tracciamento delle balene per i conservazionisti.

“La maggior parte di noi non sente il richiamo di una balena e pensa: ‘Wow, guarda la teoria della relatività speciale in azione’,” dice Spiesberger. “Non avrei mai immaginato che esistesse qualche connessione.”

Quando una balena chiama, spiega Spiesberger, il suono non percorre un solo percorso verso ogni ricevitore.

Parte del suono viaggia direttamente verso un ricevitore, mentre una parte rimbalza prima sulla superficie dell’oceano, arrivando in modo elegante in ritardo.

Questo ritardo può mettere i due segnali fuori fase, causando interferenze tra loro e spostandosi quando il suono sembra arrivare a un ricevitore.

Spiesberger si imbatté in questo mentre perfezionava un programma informatico pensato per calcolare la velocità corretta del suono per le sue equazioni di tracciamento delle balene. I risultati sono stati sorprendenti.

“La prima volta, abbiamo ottenuto un numero intorno a 1.000 metri al secondo,” dice, ben al di sotto dei circa 1.500 metri al secondo che normalmente viaggia il suono nell’acqua di mare.

“E poi, più avanti, ho ottenuto valori che a volte erano a 3.000 metri al secondo. Ho subito pensato che ci fosse un bug nel mio programma.”

Dopo aver esaminato il suo software per alcune ore, scoprì che il comportamento non era un errore di codifica, ma un effetto fisico causato quando un ricevitore captava sia il segnale diretto sia il suo eco riflesso quando una balena si trovava vicino alla superficie dell’oceano.

I fisici chiamano questo “interferenza temporale”, lo stesso fenomeno che fa sì che le trasmissioni televisive presso la tua antenna domestica svaniscano perché due percorsi arrivano fuori fase o fuori sincronia.

L’interferenza può anche anticipare il picco di energia e superare il limite di velocità.

“L’effetto sembra una violazione della fisica,” dice Spiesberger, “ma non lo è.”

Ciò che sembra accelerare non è il segnale che trasporta informazioni, ma la posizione del picco più forte del segnale. Questa distinzione cruciale è il motivo per cui la loro scoperta si allinea con la teoria di Einstein.

Da più di un secolo, i fisici sanno che le onde a volte possono sembrare viaggiare più velocemente della luce quando cambiano forma.

Ma le informazioni codificate in quelle onde non possono comunque viaggiare più velocemente della luce—il principio centrale della teoria della relatività ristretta di Einstein.

“Non puoi usare questo trucco per mandare un messaggio al tuo io passato di scommettere sulla borsa,” scherza Spiesberger. “La causalità non viene annullata.”

Per ora, questo vive nella teoria e nella simulazione, afferma Spiesberger. Il suo prossimo obiettivo è cogliere l’effetto nel mondo reale, e ha intenzione di iniziare vicino a casa.

Ha installato microfoni e intende riflettere il suono su un pavimento duro, sostituendo la superficie dell’oceano che rimbalza il richiamo di una balena.

Se la versione acustica funziona, la stessa idea potrebbe essere testata con la luce—un divisore di fascio che invia un percorso verso un riflettore e un altro direttamente verso un rivelatore, con i due che si incontrano per interferire.

Se il suono o la luce saranno più facili da individuare prima è, dice Spiesberger, una questione aperta.