Velocità della luce – uno sguardo al passato

La Luce.

Il termine luce (dal latino lux) si riferisce ad una parte dello spettro elettromagnetico visibile dall’occhio umano. Nozione comune è che la luce viaggi a velocità costante e che la velocità della luce sia la massima velocità massima raggiungibile.

Ma sarà vero?

Facciamo un po’ di chiarezza.

In fisica, la velocità della luce, indicata con la lettera c (dal latino celeritas, velocità), definisce la velocità di propagazione di un’onda elettromagnetica e in generale di una particella libera senza massa.

Nel vuoto, questa velocità ha un valore di c0 = 299 792 458 m/s. Una velocità inimmaginabile, ma comunque non infinita (il che ha causato un po’di turbolenze nella comunità scientifica, al tempo di Galileo).

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Il fatto che la velocitá della luce abbia un valore finito determina che la luce impieghi un tempo (per quanto infinitesimo) per spostarsi nello spazio e non si possa muovere “instantaneamente” da un punto ad un altro.

Ok, e quindi?

Secondo la relatività ristretta la velocità della luce nel vuoto è una costante fisica universale e la velocità massima a cui si può viaggiare. È un valore talmente fondante dell’universo che se ne considera il valore per definire la lunghezza del metro nel Sistema Internazionale (cioé la distanza che la luce percorre in 1/299 792 458 di secondo).

La velocità della luce è legata alle proprietà elettromagnetiche del mezzo in cui si propaga e si può ricavare a partire dalle equazioni di Maxwell.

Le equazioni di Maxwell sono un sistema di quattro equazioni che definiscono le leggi fondamentali che governano l’elettromagnetismo, esprimendo i vincoli spaziali e temporali a cui sono soggetti i campi elettromagnetici.

Sebbene la velocità della luce nel vuoto sia insuperabile, passando attraverso altri materiali la luce si propaga con una velocità inferiore, a causa delle differenti proprietà elettromagnetiche del mezzo. La velocità della luce nell’aria è solo leggermente inferiore a quella nel vuoto ma materiali più densi, come l’acqua e il vetro, ad esempio, rallentano la luce a frazioni pari a 3/4 e 2/3 di c0 (quindi rispettivamente 224 844 344 m/s in acqua e 199 861 639 m/s nel vetro).

Questo vuol dire che, sebbene non si possa andare più veloci della luce nel vuoto, è teoricamente possibile (anche se molto improbabile a livello pratico) andare più veloci della luce nell’acqua.

Il che è abbastanza epico.

Il fatto che la luce non si muova a velocità infinita (sia nel vuoto che in altri mezzi) causa fenomeni ugualmente spettacolari.

Quando si parla di distanze astronomiche si usa (a volte senza ragionarci troppo sopra) una specifica unità di misura, gli anni-luce, cioè la distanza percorsa dalla luce in un anno. La distanza è astronomica, letteralmente, e anche solo scriverla fa venire giramenti di testa… si parla di circa 9 500 000 000 000 000 metri (metro più metro meno).

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Ma questa unità di distanza nasconde un secondo significato.

Tanto più una fonte di luce (che sia una stella o una galassia) è lontana, tanto indietro nel passato è stata emessa la luce che vediamo. Se prendiamo ad esempio Betelgeuse, una stella della costellazione di Orione ben visibile nel cielo notturno, distante fra i 600 e i 640 anni luce dalla terra, noi non la osserviamo com’è ora, ma com’era 600-640 anni fa.

Vuol dire che nel cielo ci sono stelle che si accendono e spengono e noi non le vediamo ancora, oppure continuiamo a vederle anche se non ci sono più.

Il cielo notturno è un continuo viaggio nel passato.

Non c’è bisogno, però, di andare troppo lontano per viaggiare nel tempo.

La distanza fra la terra e il Sole è abbastanza da avere un “ritardo” che sia rilevante. Il Sole è distante dalla Terra circa 150 milioni di chilometri, il che vuol dire che la luce del Sole impiega circa 8 minuti per arrivare sulla Terra.

Ciò significa che se, per qualche arcano motivo, il Sole sparisse improvvisamente sulla Terra avremmo ancora ben 8.31 minuti di luce disponibili.

Più che abbastanza per leggere questo post.

Fonti:

https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_equations
https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light
https://it.wikipedia.org/wiki/Luce
https://www.youtube.com/watch?v=VT0floYMpDc
https://www.youtube.com/watch?v=msVuCEs8Ydo&
https://www.youtube.com/watch?v=lR4tJr7sMPM

Luca Ricciardi

Chimico fisico dei sistemi biologici, laureato a Roma sia in triennale che in magistrale all'università "La Sapienza". Attualmente in Olanda nella ridente cittadina di Enschede per conseguire un PhD, cofinanziato da Royal Dutch Shell, riguardo la produzione di biocarburanti a partire da materiale di scarto agricolo.

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