La velocità della luce: un mito da sfatare

La velocità della luce: un mito da sfatare
Luce, facendo la sua cosa. (Zonda/Shutterstock.com)

Nel gruppo Facebook Physics is Fun, un membro ha suscitato un po’ di agitazione affermando che “la luce assume la velocità della sua sorgente”, il che significa che se tu stessi pedalando in bicicletta e accendessi la luce della tua bici, la luce emessa da essa viaggerebbe alla velocità della luce + la velocità incredibile con cui stai viaggiando sulla tua bici.

Questo, come hanno sottolineato diversi commentatori infastiditi, è sbagliato. La luce si propaga alla velocità della luce, indipendentemente dalla velocità della sua sorgente. Ma ciò non significa che sia una suggestione completamente fuori luogo. Dopotutto, è stato lo stesso Einstein a rendersene conto per primo.

La confusione deriva dall’aspettarsi che la luce si comporti come la materia. Se tu stessi pedalando in bicicletta e sparassi una pistola nella stessa direzione, ci si aspetterebbe istintivamente che il proiettile viaggiasse alla velocità usuale di quel proiettile + la tua velocità in bicicletta. E avresti ragione.

Il suono è diverso dalla luce, ma è una migliore analogia per spiegare la luce rispetto a un proiettile. Come probabilmente ricordi dalla scuola, il suono è una vibrazione che si propaga come un’onda acustica attraverso un mezzo, che sia liquido, solido o gassoso. La velocità del suono è determinata dal mezzo attraverso cui si propaga (il che significa che è diversa su Marte), e puoi cambiarla modificando il mezzo (ad esempio, riscaldando l’atmosfera), ma non aggiungendo la tua velocità.

Se tu stessi viaggiando in bicicletta e gridassi in avanti, probabilmente capiresti istintivamente che i suoni che produci non viaggerebbero alla velocità del suono + la velocità della tua bicicletta. E avresti ragione. Infatti, puoi aumentare la tua velocità e superare il suono se vuoi, dimostrando che non stai aggiungendo velocità.

Ovviamente, il suono è diverso dalla luce, ma aiuta a pensare a qualcosa di diverso dallo sparare un proiettile. La velocità della luce è una costante universale, il che significa che è la stessa ovunque tu la misuri nell’universo, secondo la teoria della relatività di Einstein. Se misuri la velocità della luce, la troverai che viaggia a una fresca velocità di 299.792.458 metri al secondo (983.571.056,43 piedi al secondo), il limite di velocità assoluto dell’universo.

Anche se Einstein merita il credito (giustamente) per gli esperimenti mentali che lo hanno portato a capire che la velocità della luce era costante, in realtà era già stato dimostrato sperimentalmente prima di lui.

Prima di Einstein, c’era una teoria secondo cui la luce veniva trasportata attraverso lo spazio da un “etere luminifero” privo di attrito e fisicamente indetectable che permeava tutto lo spazio e il tempo. Secondo la teoria, l’etere avrebbe avuto una direzione, come il vento nella nostra atmosfera. Mentre la Terra si muove lungo la sua orbita, se questa teoria fosse corretta, il vento ci soffierebbe da angoli diversi e la velocità della luce che si propaga attraverso di esso sarebbe diversa a seconda dell’angolo attraverso il vento etereo.

I fisici A.A. Michelson ed Edward W. Morley, eseguendo i loro rispettivi esperimenti nel 1881 e nel 1887, hanno cercato di misurare la velocità della luce rispetto all’etere.

L’idea era quella di inviare una sorgente di luce a uno splitter di fasci, inviandola in due direzioni. Una sarebbe nella direzione in cui si sta dirigendo la Terra, un’altra ad angolo retto rispetto a quella. I fasci poi si sarebbero diretti verso due specchi, che avrebbero rimandato la luce a un rilevatore. Se la teoria dell’etere luminifero fosse corretta, allora la luce sarebbe stata rilevata in tempi diversi, influenzata dal suo percorso attraverso l’etere.

Ciò che gli esperimenti hanno scoperto, tuttavia, è che la luce aveva la stessa velocità in tutte le direzioni, evidenza che la velocità della luce era costante e che la teoria dell’etere era errata.

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