Alla velocità della luce. Velocità della luce: la maggiore velocità possibile. La velocità della luce è la massima raggiungibile nell’universo: ecco perché è importante conoscerla e sapere come ci siamo arrivati.
Arrivo alla velocità della luce! Una frase che è diventata di uso comune. Ma sapresti dire a quanto corrisponde questa velocità della luce esattamente? Se hai ricevuto una formazione scientifica o sei semplicemente appassionato di fisica, conosci la formula giusta. Proviamo a fare un po’ di chiarezza sul fenomeno, che ha da sempre destato grande fascino e che continua a essere oggetto di studio da parte di fisici e matematici.
Breve storia della luce e del suo viaggio
La velocità della luce è la massima raggiungibile in natura: nessun corpo è in grado di superarla, anche se ci si può avvicinare. Indicata per convenzione con la lettera C (iniziale della parola latina celeritas), la velocità della luce nel vuoto è un limite scritto nella fisica del nostro cosmo pari a 299.792.458 m/s (metri al secondo). Per convenzione lo si approssima a 300milioni m/s, così da facilitare i calcoli. Se ti stai chiedendo il valore della velocità della luce approssimata in km/s, basta fare un piccolo sforzo e ricordare la tabella delle equivalenze: 300.000 km/s. Tale valore è assunto a costante universale, in base alla teoria della relatività di Einstein.
Prima di Galileo Galilei, si ipotizzava che la luce viaggiasse a una velocità infinita. Poi, grazie al padre del metodo scientifico, la velocità della radiazione luminosa smette di essere considerata uno stato e diventa un ente dinamico, che raggiunge gli occhi di chi la osserva. Ma il primo a misurare effettivamente la velocità della luce è Ole Rømer, nel 1676. In seguito, Einstein fissa il suo valore alla costante universale sopra citata.
Perché non si può superare la velocità della luce
Superare la velocità della luce è il sogno di molti. Lo spazio è immenso, le distanze sono enormi e sarebbe bello poter viaggiare rapidamente da una stella all’altra. Quasi tutta la fantascienza è costruita sulla possibilità che un giorno l’umanità possa scoprire il modo in cui superare la velocità della luce, così come in passato si è riusciti a oltrepassare ostacoli che sembravano insormontabili. Purtroppo, però, le regole di funzionamento dell’universo sembrano impedire tutto questo. Senza entrare troppo nel merito, per caprine il motivo bisogna partire dal concetto di energia e usare la formula scoperta da Einstein, secondo cui l’energia che serve per accelerare un oggetto cresce sempre di più, man mano che ci si avvicina alla velocità della luce. In pratica, non importa quanto impegno venga profuso: l’energia non basterà mai. Per raggiungere la velocità della luce, qualunque sia la massa da accelerare, occorre spendere un’energia infinita. Dunque, non solo non è possibile superare la velocità della luce, ma tale velocità non è neanche raggiungibile.
Com’è stata misurata la velocità della luce
Lo si è già anticipato: dobbiamo all’astronomo danese Ole Rømer la misurazione della velocità della luce. Prima di lui, si cimenta nell’impresa Galileo Galilei, ma con scarso successo. Armatosi di lanterna schermata, lo scienziato si reca sulla cima di una collina e invita il suo assistente a fare lo stesso, a distanza di un miglio. L’idea è quella di calcolare il tempo che la luce impiega ad arrivare da un punto all’altro: il primo a scoprire la propria lanterna è Galileo; l’assistente, vista la luce del maestro, scopre a sua volta la lanterna che ha con sé. Nulla di fatto. La luce impiega circa 0,000005 secondi. Un valore non misurabile con la strumentazione di cui dispone Galileo.
A distanze più ampie la misurazione è, invece, possibile, anche con strumenti poco sofisticati. Lo dimostra Rømer, che osserva il moto di Io, una delle lune di Giove. Per compiere un’orbita completa intorno a Giove, Io impiega 1,76 giorni. Lo scienziato, però, si accorge che questo intervallo di tempo è variabile e che la luna sembra anticipare la sua rivoluzione, quando la Terra e più vicina a Giove, e rallentarla quando i due pianeti si allontanano. Semplice e geniale la tesi di Rømer: la differenza è dovuta alla velocità della luce, che non è infinita e impiega un certo lasso di tempo per giungere da Giove alla Terra. Ora, l’astronomo danese ha un valore inesatto del diametro dell’orbita terrestre e, di conseguenza, calcola la velocità della luce in 220.000 km al secondo. Studi fisici successivi hanno misurato con precisione assoluta tale velocità, decretando la cifra ormai nota. Quella di Rømer resta, tuttavia, la misura più attendibile fino ad allora e che ci permette, oggi, di fare calcoli impensabili. Tipo sapere che un raggio luminoso può compiere, in un solo secondo, sette giri e mezzo della Terra, seguendo la linea dell’equatore.
Velocità della luce nell’acqua
È nel vuoto che la velocità della luce raggiunge il suo massimo valore possibile: si propaga in linea retta con un moto uniforme. Ma la luce può diramarsi in qualsiasi mezzo trasparente. Ad esempio, per determinare la velocità della luce nell’acqua è necessario conoscere il valore dell’indice di rifrazione dell’acqua, che cambia a seconda delle tipologie di liquido (acqua distillata, dolce o salata). Nell’acqua di mare la luce viaggia a una velocità leggermente inferiore a quella assunta nell’acqua distillata e dolce.
Velocità massima di un uomo
L’uomo più veloce di tutti i tempi è Usain Bolt, che ha corso i 100 metri piani in 9,58 secondi, a una media di 37,578 km/h. Eppure, il suo primato potrà essere superato, in un futuro poi non così lontano. Secondo una recente ricerca texana, l’essere umano potrà arrivare a raggiungere la velocità di 65 chilometri orari. A fare la differenza non saranno i muscoli dell’atleta, ma il tempo di contatto tra il piede e il terreno, al momento troppo breve per sprigionare tutta la forza possibile. La velocità massima di un uomo non si avvicinerà neanche lontanamente a quella della luce, ma si faranno grandi progressi. E il primato dello sprinter giamaicano sarà solo un lontano ricordo.
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