L'angolo della scienza/11 - La velocità della luce cos'è?

Divagazioni su un quesito: la velocità della luce.

Dedico questa puntata dell’Angolo della Scienza ad alcune domande che mi sono state fatte nel corso di questa trattazione. Vuole essere un po’ riassunto, un po’ spiegazione di uno dei fondamenti su cui si poggia la fisica teorica. Chi in questo momento legge, mi può pensare lungo e disteso su una comoda sedia sdraio davanti al Monte Baldo, a scacciare i lupi a bastonate. In considerazione della mia privilegiata (anche se transitoriamente) posizione, ho pensato bene di far prendere una boccata d’aria fresca anche ai miei stimatissimi lettori, evitando per questa settimana di propinare pietanze troppo indigeste. Ma veniamo al punto:

Marilù mi chiede : “si sa al 100% da cosa sia composta la luce? E la velocità della luce e' sempre costante? E potrebbe esistere una velocità più veloce di quella della luce?

Sono tre domande interessanti e vedrò di dare risposte - spero- chiare e comprensibili:

1. Ufficialmente si sa che la luce – così come ogni frequenza emanata o riflessa dalla materia – consista in propagazione di onde e di particelle. Sul concetto di onde come si è visto, ci sono due interpretazioni diverse, ma sorvolando quest’aspetto, ci troviamo a considerare l’emanazione di particelle. Cosa sono, queste in realtà? Sempre procedendo in termini di ufficialità, esse sono “fotoni” ovvero corpuscoli, che per loro necessità teorica, non possiedono massa. Corpuscoli senza corpo, insomma. Fantasmi.

Ma ora, più che della luce abbiamo parlato del fenomeno della emanazione energetica in generale, di cui la luce fa parte, così come ne fanno parte i raggi infrarossi, le onde radio, i raggi x, e le microonde del forno scaldavivande. Quello che differisce tutti questi fenomeni, da quello che noi definiamo “luce” è l’intensità della frequenza delle onde e non la qualità delle particelle, che in ogni caso sono e restano “fotoni”.

Per rispondere esattamente alla domanda “cosa è la luce” il discorso si complica un tantino. Intanto dobbiamo suddividere il concetto “luce” in due diversi contesti, uno oggettivo ed uno soggettivo. Se ci chiediamo cosa sia luce in termini di oggettività, si risponde semplicemente che questa è una porzione di frequenze, su una scala totale che va da 1 a 2 miliardi di teste d’onda al secondo. La porzione a noi percepibile come luce si colloca all’incirca su ¼ di questa scala, esattamente tra la frequenza infrarossa e quella ultravioletta.

Soggettivamente o meglio biologicamente, possiamo invece dire che la luce è quella scala di frequenze che viene percepita dalla nostra retina e che tradotta in impulsi elettrici viene spedita ad un settore del cervello che la interpreta in immagine. Come ho già spiegato, nei commenti relativi ad uno dei primi articoli da me scritti, per comprendere meglio, dobbiamo rifarci all’esempio di un dipinto impressionista. Osservando l’insieme delle pennellate, a distanza, in una visione globale, scorgiamo un immagine a noi riconoscibile: un gatto, un cavallo, un mazzo di girasoli ecc. Andando a guardare da vicino, vediamo invece solo delle macchie di vernice. Ora si deve immaginare: ogni macchia diversa di colore produce una certa sua frequenza tipica, che proiettandosi sulla retina, la invia al cervello, dove ogni macchia viene ricostruita, riproducendo l’immagine originale, con la stessa struttura dell’esempio del quadro, ovvero in macchie di colore, che nel loro insieme ripropone le fattezze dell’oggetto da noi osservato. In conclusione, noi non vediamo l’oggetto, ma vediamo la sua proiezione attraverso la frequenza che produce o che riflette. La prova di ciò e che in assenza di luce, gli anche essendoci materialmente, noi non li percepiamo visivamente.

 

2.la velocità della luce è sempre costante?

Nel contesto della fisica teorica si dovrebbe partire senza dubbio da questa convinzione, poiché è la base assiomatica, o premessa, su cui si fonda la teoria della Relatività, e quindi tutta la fisica cosiddetta “moderna”. Nell’ottica delle onde da me descritte nei due articoli precedenti, questa costanza non ha nessuna ragione di esistere. Il metodo di misurazione per cui si arriva a questa conclusione (velocità costante) si riferisce all’applicazione della fenomenologia tipica delle onde tradizionali. Come? Ecco: ogni fenomeno ha una sua struttura particolare. Se definisco la mia statura in litri e il mio peso volts, si potrebbe fare un po’ di confusione su che premessa stia alla base di questa misurazione. La fisica moderna, sulla traccia dell’esempio, misura le variazioni di velocità delle onde magnetiche con la tecnica dell’effetto doppler, in un fenomeno (onde gardener) dove questo non ha nessuna parte. Il risultato di questa misurazione è che la velocità della luce resta costante.

 

3. Esiste una velocità maggiore di quella della luce?

Da un punto di vista più logico, che matematico tutte le misure vanno da 0 a infinito. L’unica misura insuperabile, sempre per rigor di logica, è quella di infinito. Da quest’angolazione non si capirebbe perché il Buondio, o chi per Lui, abbia voluto applicare alla velocità della luce, un’ eccezione ad un principio, che trova riscontro in tutti i campi di applicazione logica e matematica. Ovviamente queste sono obiezioni che la fisica non prende in considerazione. L’attitudine della luce a mantenere costante la sua velocità, a dispetto dei movimenti della fonte trae spunto dagli esperimenti effettuati, anche se per le ragioni esplicate al punto 2.

Ciò che la fisica invece potrebbe prendere in considerazione più seriamente sono i risultati sperimentali recentemente raggiunti, dove risulta che la velocità di un raggio di luce può essere rallentata fino a 61 km/h o superata di 500 volte.

Spiegazioni convincenti, ancora nessuna e il mistero continua. A questo punto ognuno ha diritto di trarre le proprie conclusioni e credere ciò che gli piace. I fatti lo permettono.