La velocità della luce nel vuoto è di 186.282 miglia al secondo (299.792 chilometri al secondo), e in teoria nulla può viaggiare più veloce della luce. In miglia all’ora, la velocità della luce è, beh, molto: circa 670.616.629 mph. Se si potesse viaggiare alla velocità della luce, si potrebbe andare intorno alla Terra 7,5 volte in un secondo.

I primi scienziati, incapaci di percepire il movimento della luce, pensarono che dovesse viaggiare istantaneamente. Nel corso del tempo, tuttavia, le misurazioni del movimento di queste particelle ondulate sono diventate sempre più precise., Grazie al lavoro di Albert Einstein e altri, ora comprendiamo che la velocità della luce è un limite teorico: la velocità della luce — una costante chiamata “c” — si pensa che non sia raggiungibile da nulla con la massa, per ragioni spiegate di seguito. Ciò non impedisce agli scrittori di fantascienza, e anche ad alcuni scienziati molto seri, di immaginare teorie alternative che consentirebbero viaggi terribilmente veloci in tutto l’universo.,

Velocità della luce: Storia della teoria

Il primo discorso noto sulla velocità della luce proviene dall’antico filosofo greco Aristotele, che scrisse il suo disaccordo con un altro scienziato greco, Empedocle. Empedocle sosteneva che, poiché la luce si muoveva, ci voleva del tempo per viaggiare. Aristotele, credendo che la luce viaggiasse istantaneamente, non era d’accordo.

Nel 1667, l’astronomo italiano Galileo Galilei si trovava due persone su colline a meno di un miglio di distanza, ciascuna con una lanterna schermata. Uno scoprì la sua lanterna; quando il secondo vide il flash, scoprì anche la sua., Osservando quanto tempo ci volle perché la luce fosse vista dal primo portalampada (e considerando i tempi di reazione), pensò di poter calcolare la velocità della luce. Sfortunatamente, la distanza sperimentale di Galileo di meno di un miglio era troppo piccola per vedere una differenza, quindi poteva solo determinare che la luce viaggiava almeno 10 volte più velocemente del suono.

Nel 1670, l’astronomo danese Ole Römer utilizzò le eclissi della luna di Giove, Io, come cronometro per la velocità della luce quando effettuò la prima misurazione reale della velocità., Nel corso di diversi mesi, mentre Io passava dietro il pianeta gigante del gas, Römer scoprì che le eclissi arrivavano più tardi di quanto i calcoli prevedessero, anche se nel corso di diversi mesi, si avvicinavano alle previsioni. Determinò che la luce impiegò del tempo per viaggiare da Io alla Terra. Le eclissi sono rimaste più in ritardo quando Giove e la Terra erano più distanti, ed erano in programma come erano più vicini.

Secondo la NASA, “ciò ha dato a Römer prove convincenti che la luce si diffondeva nello spazio con una certa velocità.,”

Ha concluso che la luce ha impiegato 10-11 minuti per viaggiare dal sole alla Terra, una sopravvalutazione poiché in realtà richiede otto minuti e 19 secondi. Ma alla fine gli scienziati avevano un numero con cui lavorare: il suo calcolo presentava una velocità di 125.000 miglia al secondo (200.000 km/s).

Nel 1728, il fisico inglese James Bradley basò i suoi calcoli sul cambiamento della posizione apparente delle stelle a causa dei viaggi della Terra intorno al sole. Ha messo la velocità della luce a 185.000 miglia al secondo (301.000 km/s), con una precisione di circa l ‘ 1 per cento.,

Due tentativi a metà del 1800 hanno riportato il problema sulla Terra. Fisico francese Hippolyte Fizeau impostare un fascio di luce su una ruota dentata in rapida rotazione, con uno specchio istituito 5 miglia di distanza per riflettere di nuovo alla sua fonte. Variando la velocità della ruota Fizeau ha permesso di calcolare quanto tempo ci è voluto per la luce di viaggiare fuori dal foro, allo specchio adiacente, e indietro attraverso il divario. Un altro fisico francese, Leon Foucault, ha usato uno specchio rotante piuttosto che una ruota. I due metodi indipendenti provenivano ciascuno entro circa 1.000 miglia al secondo della velocità della luce misurata oggi.,

Il prussiano Albert Michelson, cresciuto negli Stati Uniti, tentò di replicare il metodo di Foucault nel 1879, ma utilizzò una distanza più lunga, oltre a specchi e lenti di altissima qualità. Il suo risultato di 186.355 miglia al secondo (299.910 km/s) è stato accettato come la misura più accurata della velocità della luce per 40 anni, quando Michelson lo ha ri-misurato.

Una nota interessante dell’esperimento di Michelson era che stava cercando di rilevare il mezzo attraverso il quale la luce viaggiava, chiamato etere luminifero. Invece, il suo esperimento ha rivelato che l’etere non esisteva.,

“L’esperimento — e il corpo di lavoro di Michelson — è stato così rivoluzionario che è diventato l’unica persona nella storia ad aver vinto un premio Nobel per una non scoperta molto precisa di nulla”, ha scritto l’astrofisico Ethan Siegal nel blog Forbes science, Inizia con un botto. “L’esperimento stesso potrebbe essere stato un completo fallimento, ma ciò che abbiamo imparato da esso è stato un vantaggio maggiore per l’umanità e la nostra comprensione dell’universo di qualsiasi successo sarebbe stato!,”

Einstein e la relatività speciale

Nel 1905, Albert Einstein scrisse il suo primo articolo sulla relatività speciale. In esso, ha stabilito che la luce viaggia alla stessa velocità, non importa quanto velocemente si muove l’osservatore. Anche usando le misurazioni più precise possibili, la velocità della luce rimane la stessa per un osservatore fermo sulla faccia della Terra come per uno che viaggia in un getto supersonico sopra la sua superficie., Allo stesso modo, anche se la Terra è in orbita attorno al sole, che si sta muovendo intorno alla Via Lattea, che è una galassia che viaggia attraverso lo spazio, la velocità misurata della luce proveniente dal nostro sole sarebbe la stessa se uno si trovava all’interno o all’esterno della galassia per calcolarlo. Einstein ha calcolato che la velocità della luce non varia con il tempo o il luogo.

Sebbene la velocità della luce sia spesso indicata come limite di velocità dell’universo, l’universo si espande ancora più velocemente., Secondo l’astrofisico Paul Sutter, l’universo si espande a circa 68 chilometri al secondo per megaparsec, dove un megaparsec è di 3,26 milioni di anni luce (ne parleremo più avanti). Quindi una galassia a 1 megaparsec di distanza sembra allontanarsi dalla Via Lattea ad una velocità di 68 km/s, mentre una galassia a due megaparsec si allontana a 136 km / s, e così via.

“Ad un certo punto, a una certa distanza oscena, la velocità supera le scale e supera la velocità della luce, il tutto dalla naturale e regolare espansione dello spazio”, ha scritto Sutter.,

Ha continuato spiegando che, mentre la relatività speciale fornisce un limite di velocità assoluto, la relatività generale consente distanze più ampie.

” Una galassia dall’altra parte dell’universo? Questo è il dominio della relatività generale, e la relatività generale dice: Chi se ne frega! Quella galassia può avere qualsiasi velocità che vuole, a patto che rimanga molto lontano, e non vicino alla tua faccia”, ha scritto.

“La relatività speciale non si preoccupa della velocità — superluminale o meno — di una galassia lontana. E nemmeno tu dovresti.”

Che cos’è un anno luce?,

La distanza percorsa dalla luce nel corso di un anno è chiamata anno luce. Un anno luce è una misura del tempo e della distanza. Non è così difficile da capire come sembra. Pensala in questo modo: la luce viaggia dalla luna ai nostri occhi in circa 1 secondo, il che significa che la luna è a circa 1 secondo di luce. La luce solare impiega circa 8 minuti per raggiungere i nostri occhi, quindi il sole è a circa 8 minuti di luce. La luce proveniente dal sistema stellare più vicino, Alpha Centauri, richiede circa 4,3 anni per arrivare qui, quindi si dice che il sistema stellare sia a 4,3 anni luce di distanza.,

“Per avere un’idea delle dimensioni di un anno luce, prendere la circonferenza della Terra (24,900 km), stendila in una linea retta, moltiplicare la lunghezza della linea da 7.5 (la corrispondente distanza di un secondo-luce), quindi posizionare il 31,6 milioni di linee simili end-to-end” della NASA Glenn Research center scrive sul suo sito web. “La distanza risultante è di quasi 6 trilioni (6.000.000.000.000) miglia!”

Stelle e altri oggetti oltre il nostro sistema solare si trovano ovunque da pochi anni luce a qualche miliardo di anni luce di distanza., Pertanto, quando gli astronomi studiano oggetti che si trovano a un anno luce di distanza o più, lo vedono come esisteva al momento in cui la luce lo ha lasciato, non come apparirebbe se si trovassero oggi vicino alla sua superficie. In questo senso, tutto ciò che vediamo nell’universo lontano è, letteralmente, storia.

Questo principio permette agli astronomi di vedere come l’universo come si guardò dopo il Big Bang, che ha avuto luogo circa 13,8 miliardi di anni fa., Esaminando oggetti che si trovano, diciamo, a 10 miliardi di anni luce di distanza, li vediamo come apparivano 10 miliardi di anni fa, relativamente poco dopo l’inizio dell’universo, piuttosto che come appaiono oggi.

La velocità della luce è davvero costante?

La luce viaggia in onde e, come il suono, può essere rallentata a seconda di cosa sta viaggiando. Nulla può superare la luce nel vuoto. Tuttavia, se una regione contiene qualsiasi materia, anche polvere, luce può piegare quando viene a contatto con le particelle, che si traduce in una diminuzione della velocità.,

La luce che viaggia attraverso l’atmosfera terrestre si muove quasi velocemente come la luce nel vuoto, mentre la luce che passa attraverso un diamante viene rallentata a meno della metà di quella velocità. Tuttavia, viaggia attraverso la gemma a oltre 277 milioni di mph (quasi 124.000 km/s) — non una velocità da deridere.

Possiamo viaggiare più velocemente della luce?

La fantascienza ama speculare su questo, perché la “velocità di curvatura”, come è comunemente noto il viaggio più veloce della luce, ci permetterebbe di viaggiare tra le stelle in tempi altrimenti impossibili., E mentre non è stato dimostrato di essere impossibile, la praticità di viaggiare più velocemente della luce rende l’idea piuttosto inverosimile.

Secondo la teoria generale della relatività di Einstein, quando un oggetto si muove più velocemente, la sua massa aumenta, mentre la sua lunghezza si contrae. Alla velocità della luce, un tale oggetto ha una massa infinita, mentre la sua lunghezza è 0 — un’impossibilità. Quindi, nessun oggetto può raggiungere la velocità della luce, la teoria va.

Ciò non impedisce ai teorici di proporre teorie creative e concorrenti., L’idea della velocità di curvatura non è impossibile, alcuni dicono, e forse nelle generazioni future le persone salteranno tra le stelle nel modo in cui viaggiamo tra le città al giorno d’oggi. Una proposta implicherebbe un’astronave che potrebbe piegare una bolla spazio-temporale attorno a sé per superare la velocità della luce. Sembra fantastico, in teoria.,

“Se il capitano Kirk fosse costretto a muoversi alla velocità dei nostri razzi più veloci, gli ci vorrebbero centomila anni solo per arrivare al prossimo sistema stellare”, ha detto Seth Shostak, astronomo presso l’Istituto di ricerca per l’intelligenza extraterrestre (SETI) a Mountain View, in California., in un’intervista del 2010 con Space.com ‘ s sito sorella LiveScience. “Quindi la fantascienza ha a lungo postulato un modo per battere la velocità della barriera luminosa in modo che la storia possa muoversi un po’ più velocemente.”