Scopri la vera velocità della luce e come viene utilizzata

La luce si muove attraverso l'universo alla massima velocità che gli astronomi possono misurare. In effetti, la velocità della luce è un limite di velocità cosmica e nulla è noto per muoversi più velocemente. Quanto velocemente si muove la luce? Questo limite può essere misurato e aiuta anche a definire la nostra comprensione delle dimensioni e dell'età dell'universo.

Che cos'è la luce: onda o particella?

La luce viaggia veloce, ad una velocità di 299, 792, 458 metri al secondo. Come può farlo? Per capirlo, è utile sapere cos'è veramente la luce e questa è in gran parte una scoperta del 20 ° secolo.

La natura della luce è stata un grande mistero per secoli. Gli scienziati hanno avuto difficoltà a comprendere il concetto della sua natura ondulatoria e particellare. Se fosse un'onda attraverso cosa si è propagata? Perché sembrava viaggiare alla stessa velocità in tutte le direzioni? E cosa può dirci la velocità della luce sul cosmo? Fu solo quando Albert Einstein descrisse questa teoria della relatività speciale nel 1905 che tutto fu messo a fuoco. Einstein sosteneva che lo spazio e il tempo erano relativi e che la velocità della luce era la costante che collegava i due.

Qual è la velocità della luce?

Si afferma spesso che la velocità della luce è costante e che nulla può viaggiare più veloce della velocità della luce. Questo non lo è interamente accurate. Il valore di 299.792.458 metri al secondo (186.282 miglia al secondo) è la velocità della luce nel vuoto. Tuttavia, la luce in realtà rallenta mentre passa attraverso diversi media. Ad esempio, quando si muove attraverso il vetro, rallenta fino a circa i due terzi della sua velocità nel vuoto. Anche in aria, che è quasi un vuoto, la luce rallenta leggermente. Mentre si muove attraverso lo spazio, incontra nuvole di gas e polvere, oltre a campi gravitazionali, e questi possono cambiare leggermente la velocità. Le nuvole di gas e polvere assorbono anche parte della luce che passa.

Questo fenomeno ha a che fare con la natura della luce, che è un'onda elettromagnetica. Mentre si propaga attraverso un materiale, i suoi campi elettrici e magnetici "disturbano" le particelle cariche con cui viene in contatto. Questi disturbi causano quindi le particelle di irradiare luce alla stessa frequenza, ma con uno spostamento di fase. La somma di tutte queste onde prodotte dai "disturbi" porterà a un'onda elettromagnetica con la stessa frequenza della luce originale, ma con una lunghezza d'onda più corta e, quindi, una velocità più lenta.

Interessante, veloce come la luce si muove, il suo percorso può essere piegato mentre passa da regioni nello spazio con intensi campi gravitazionali. Questo è abbastanza facilmente visibile negli ammassi di galassie, che contengono molta materia (inclusa la materia oscura), che deforma il percorso della luce da oggetti più distanti, come i quasar.

Lente gravitazionale e come funziona. La luce di un oggetto distante passa da un oggetto più vicino con una forte attrazione gravitazionale. La luce è piegata e distorta e crea "immagini" dell'oggetto più distante. NASA

Velocità della luce e onde gravitazionali

Le attuali teorie della fisica prevedono che anche le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce, ma ciò è ancora confermato mentre gli scienziati studiano il fenomeno delle onde gravitazionali da collisione di buchi neri e stelle di neutroni. Altrimenti, non ci sono altri oggetti che viaggiano così velocemente. Teoricamente, possono ottenere vicino a la velocità della luce, ma non più veloce.

Un'eccezione a questo può essere lo spazio-tempo stesso. Sembra che le galassie distanti si stiano allontanando da noi più velocemente della velocità della luce. Questo è un "problema" che gli scienziati stanno ancora cercando di capire. Tuttavia, una conseguenza interessante di ciò è che un sistema di viaggio basato sull'idea di un ordito di curvatura. In una tale tecnologia, un veicolo spaziale è a riposo rispetto allo spazio ed è effettivamente spazio che si muove, come un surfista che cavalca un'onda sull'oceano. Teoricamente, ciò potrebbe consentire il viaggio superluminale. Naturalmente, ci sono altri limiti pratici e tecnologici che si frappongono, ma è un'interessante idea di fantascienza che sta ottenendo un certo interesse scientifico. 

Tempi di viaggio per la luce

Una delle domande che gli astronomi pongono dai membri del pubblico è: "quanto tempo impiegherebbe la luce per passare dall'oggetto X all'oggetto Y?" La luce offre loro un modo molto preciso per misurare le dimensioni dell'universo definendo le distanze. Ecco alcune delle misure di distanza più comuni:

• La terra alla luna: 1,255 secondi
• Il sole sulla terra: 8,3 minuti
• Il nostro Sole alla prossima stella più vicina: 4,24 anni
• Attraverso la nostra galassia della Via Lattea: 100.000 anni
• Alla galassia a spirale più vicina (Andromeda): 2,5 milioni di anni
• Limite dell'universo osservabile alla Terra: 13,8 miliardi di anni

È interessante notare che ci sono oggetti che vanno oltre la nostra capacità di vedere semplicemente perché l'universo SI sta espandendo e alcuni sono "oltre l'orizzonte" oltre il quale non possiamo vedere. Non verranno mai alla nostra vista, non importa quanto velocemente viaggia la loro luce. Questo è uno degli affascinanti effetti della vita in un universo in espansione. 

A cura di Carolyn Collins Petersen