L’unico modo per superare la velocita’ della luce

L’unico modo per superare la velocita’ della luce

C’è un limite di velocità nell’universo, la velocità della luce nel vuoto. Ecco come si può superare

Nel nostro universo ci sono alcune regole che vanno rispettate. Energia, quantità di moto e momento
angolare si conservano ogni volta che due quanti qualsiasi interagiscono. C’è un limite massimo di
velocità cosmica che si applica a ogni oggetto. Niente può mai superare la velocità della luce e
niente con massa potrebbe mai raggiungere quella velocità, 299.792.458 m/s.

Le varie teorie

Negli ultimi decenni, però, gli scienziati hanno sviluppato teorie interessanti per cercare di
aggirare questo limite. Alcuni hanno messo in mezzo i tachioni, particelle ipotetiche che potrebbero
addirittura superare la velocità della luce: i tachioni, però, devono avere masse immaginarie e non
esistono fisicamente. La relatività generale, poi, dice che una spazio sufficientemente deformato
potrebbe creare una sorta di cunicolo spazio-temporale creando un percorso più breve da
attraversare. Solo che non abbiamo mai visto un wormhole. C’è però un modo per battere la velocità
della luce: passando attraverso un “mezzo”.

Il limite della velocità della luce
Partiamo dal presupposto che la luce è un’onda elettromagnetica. Certo, si comporta anche come una
particella. Quando parliamo della sua velocità di propagazione, è molto più utile pensarla non solo
come un’onda, ma come un’onda di campi elettrici e magnetici oscillanti. Nel vuoto, non c’è nulla
che impedisce a quei campi di viaggiare con l’ampiezza che sceglierebbero naturalmente, definita
dall’energia, dalla frequenza e dalla lunghezza d’onda.

Quando la luce viaggia attraverso un mezzo, cioè qualsiasi regione in cui sono presenti cariche
elettriche (e possibilmente correnti elettriche), quei campi elettrici e magnetici incontrano un
certo livello di resistenza alla loro libera propagazione. Se la frequenza rimane la stessa,
tuttavia, significa che la lunghezza d’onda deve cambiare. E poiché la frequenza moltiplicata per la
lunghezza d’onda è uguale alla velocità, significa che la velocità della luce cambia in base al
mezzo in cui si propaga.

Limite invalicabile?

Perché diciamo che non si può superare la velocità della luce nel vuoto? Perché nel vuoto dello
spazio la luce non ha altra scelta, se non quella di viaggiare a una velocità soltanto: 299.792.458
m/s. È anche la velocità con cui viaggia qualsiasi forma di radiazione pura (come quella
gravitazionale) e anche la velocità con cui deve viaggiare qualsiasi particella priva di massa. Solo
che la maggior parte delle particelle, nell’universo, una massa ce l’ha. Di conseguenza la velocità
della luce nel vuoto è un limite a cui puoi solo avvicinarti senza mai raggiungere.

Cosa succede se la luce attraversa un mezzo

Prendiamo un prisma e proviamo a immaginare la luce che ci passa attraverso. Quando la luce viaggia
attraverso un mezzo, i suoi campi elettrici e magnetici risentono degli effetti della materia che
attraversano. Questo meccanismo ha l’effetto di cambiare la velocità con cui la luce viaggia. È
anche il motivo per cui, quando guardiamo la luce entrare o uscire da un mezzo, o passare da un
mezzo all’altro, sembra piegarsi. Sebbene sia libera di propagarsi, la luce ha una sua velocità di
propagazione e la sua lunghezza d’onda dipende fortemente dalle proprietà del mezzo attraverso cui
viaggia.

Il destino delle particelle

Tuttavia, le particelle subiscono un diverso destino. Se una particella ad alta energia che stava
attraversando il vuoto si ritrova improvvisamente ad attraversare un mezzo, il suo comportamento
sarà diverso rispetto a quello della luce. Le particelle, infatti, si muovono più lentamente della
luce nel vuoto, ma più veloci della luce rispetto al mezzo in cui entrano. Questo è l’unico modo
fisico in cui le particelle possono superare la velocità della luce. Quando lo fanno, viene emesso
un particolare tipo di radiazione, la radiazione Cherenkov.

Quando una particella carica attraversa un mezzo, può sia collidere con altre particelle, che avere
un effetto diretto sul mezzo attraverso il quale viaggia. In quest’ultimo caso provoca la
polarizzazione delle particelle nel mezzo. Cariche simili si respingono e cariche opposte si
attraggono, in risposta alla particella carica che sta attraversando il mezzo. Una volta che la
particella carica è “fuori mano”, tuttavia, quegli elettroni tornano al loro stato fondamentale e
quelle transizioni causano l’emissione di luce. È ciò che succede nei serbatoi d’acqua che
circondano i reattori nucleari.

Settembre 7, 2023

bigthink.com/starts-with-a-bang/beat-the-speed-of-light/

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