Ecco perché nulla nell'Universo può andare più veloce della luce

È un pilastro della fisica moderna. Le caratteristiche strutturali dello spazio tempo impongono un limite alla velocità di qualsiasi oggetto nel cosmo: quella della luce

Forse ricorderete di quando nel 2011 i fisici dei laboratori nazionali del Gran Sasso annunciarono la sconcertante scoperta che i neutrini, particelle con massa piccolissima, viaggiano più veloci della luce. La scoperta sconvolse e allarmò la comunità scientifica, e non solo. Se confermata, infatti, avrebbe falsificato un pilastro della fisica moderna, ovvero che niente può andare più veloce della luce. L'allarme rientrò quando si capì che il curioso fenomeno era dovuto ad un malfunzionamento dell'apparato sperimentale. I neutrini non fanno quindi eccezione, e viaggiano ad una velocità inferiore a quella della luce.

Proviamo allora a capire perché questo limite non può essere superato, cominciando con un'analogia. Immaginate di correre, partendo da fermi. Inizialmente aumentare la propria velocità è un gioco da ragazzi. Per arrivare a 5 km/h basta semplicemente camminare. Man mano che la velocità cresce, però, diventa sempre più difficile aumentarla ancora. È necessario un bello sforzo per passare da 20 a 25 km/h (ammesso di arrivarci), molto più di quello necessario per passare da 0 a 5 km/h. Non importa quanto talento, allenamento ed energia ci mettiamo: esiste una velocità limite oltre la quale l'uomo non può correre per via delle caratteristiche strutturali del suo fisico. Un nuovo campione potrebbe superare i 45 km/h toccati da Usain Bolt, ma non raggiungerà mai i 120 km/h del ghepardo.

Allo stesso modo, le caratteristiche strutturali dello spazio tempo impongono un limite alla velocità di un qualunque oggetto nell'Universo. Questo limite è di circa 300 mila km/s, ovvero la velocità della luce nel vuoto, di solito indicata con la lettera "c". Quindi, anche salendo su un aereo o sul più futuristico razzo, non supereremmo mai la velocità "c" e non riusciremmo neanche a raggiungerla. Questa è una conseguenza della teoria della relatività ristretta di Einstein. Essa dice infatti che più un oggetto va veloce, più energia serve per fargli aumentare ancora la velocità. Proprio come quando correndo passiamo da 0 a 5 km/h o da 20 a 25 km/h. Al punto che, affinché questo oggetto raggiunga la velocità della luce, servirebbe una quantità infinita di energia. Inoltre, oggetti più leggeri possono raggiungere più facilmente velocità più elevate. Fino ad arrivare ad una particella con massa zero, il fotone, che è il costituente della luce stessa e viaggia, appunto, a velocità "c".

Ma perché c'è bisogno della relatività ristretta? E perché la luce gioca questo ruolo chiave nelle sue equazioni? La risposta sta in una delle principali motivazioni che portò Einstein a formulare, nel 1905, la sua teoria. Qualche anno prima, infatti, Michelson e Morley in Ohio portarono a termine un esperimento sui fasci di luce dal risultato sorprendente. Se Bolt e un ghepardo si corressero incontro, ognuno vedrebbe l'altro avvicinarsi ad una velocità relativa data dalla somma delle loro velocità: 45+120=165 km/h. L’esperimento mostrò che se a scontrarsi sono invece due fasci di luce, l'impatto non avviene a velocità c+c=2c, ma sempre a c! Per poter spiegare questo controintuitivo fatto sperimentale, Einstein riscrisse le leggi del moto dando vita alla relatività ristretta. In questa teoria le velocità di due oggetti che si vengono incontro non si sommano più secondo le classiche regole dell'addizione, ma seguono una formula più complicata, che trovate in immagine (clicca qui), nella quale entra in gioco proprio c.

Per Bolt e il ghepardo, così come per tutte le velocità di cui facciamo esperienza nella vita quotidiana, la differenza rispetto alla classica addizione è impercettibile. Ma l’effetto diventa molto importante negli esperimenti con particelle velocissime come per esempio quelle accelerate nei laboratori del CERN di Ginevra. Provate a sostituire v_1 = c e v_2 = c nella formula: quanto risulta essere la velocità relativa? Si, esatto, due fasci di luce si scontrano a velocità relativa c, e non 2c.

Ma cosa accadrebbe se, per assurdo, la velocità limite potesse essere superata? Allora diverrebbero possibili eventi paradossali, si potrebbe invertire lo scorrere del tempo e potremmo percepire gli effetti prima delle loro cause. Ma questa è, fino a prova contraria, solo fantascienza.

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Commenti
Ritratto di Quasar

Quasar

Dom, 26/01/2020 - 16:05

Ma se una stella si muove nello spazio in espansione la sua luce si muove a quella velocita' relativa piu' la propria intrinseca velocita' della luce.

demokratos

Dom, 26/01/2020 - 16:21

Bella la vostra serie di articoli e anche utile per coloro che sono interessati a questi argomenti. Parlerete della meccanica quantistica e dei suoi "paradossi"?

Sadalmelik758

Dom, 26/01/2020 - 16:35

Un corpo che non possiede massa può,in teoria,superare la velocità della luce.

Sadalmelik758

Dom, 26/01/2020 - 16:43

Un corpo che non possiede massa può,in teoria,superare la velocità della luce.Alla velocità della luce la massa di un corpo diverrebbe infinita,quindi per l'equivalenza fra energia e massa occorrerebbe per spostarlo un'energia infinita.

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do-ut-des

Dom, 26/01/2020 - 16:51

@Quasar e quello che dissi anch'io osservando un treno che andava a 100 km/h ed ipoteticamente una moto all'interno viaggiasse a 100 km/h alla fine la moto ha viaggiato metà tempo per percorrere lo stesso tragitto. Ora invece di 100 metti 300mila al sec. la luce entrola luce, oppure una luce entro un oggetto.

tremendo2

Dom, 26/01/2020 - 18:13

siccome nessuno può ipotecare il futuro, neppure gli scienziati, se si scoprirà che esiste qualcosa più veloce della luce, si metteranno a ridere di questo articolo. Oltretutto la fisica quantistica ha già dei dubbi. Poi la cosa è abbastanza semplice, basta cambiare qualche formuletta, e, siccome le formulette siamo noi a inventarle e non sono scritte nella natura (come si illudeva Einstein), sarò da divertirsi.

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Svevus

Dom, 26/01/2020 - 18:19

Vorrei solo ricordare che la formula fondamentale della fisica E=mc2 fu scoperta e pubblicata a Milano da Olinto Del Pretto di Schio , mostrata poi dall' ing. Bresso al dr. Albert Einstein che se ne appropriò.

RinaBrundu

Dom, 26/01/2020 - 18:32

I pilastri in genere sono fatti per essere abbattuti! Certo una particella subatomica senza massa avrà una sua velocità massima, ma proprio in virtù delle teorie einsteniane sappiamo che, ciò che Greene chiama de "fabric of the cosmos", ovvero "l'intimità" quantica del tessuto spazio-temporale, è piegabile, gestibile. Il che significa che anche un oggetto dotato di massa, i.e. una navicella spaziale, può teoricamente andare più veloce della luce, non-per-se, ma in virtù di una carica-propulsiva azionata tramite la "manomissione" di quel tessuto di cui sopra. Per quanto possa sembrare sci-fi ora, in realtà esistono progetti molto seri che guardano a queste "impossibilità" in vista dell'esplorazione degli esopianeti... Io, per esempio, credo molto di più ad una attualizzazione di queste "possibilità" tecniche che all'esistenza di un governo piddino valido...

profpietromelis...

Dom, 26/01/2020 - 19:06

Le formule dellla relatività ristretta sono in effetti quelle delle trasformazioni di Lorentz. Sebbene Einstein abbia sempre negato che il limite della velocità della luce gli sia stata suggerita dagli esperimenti di Michelson e Morley che provavano che la velocità della luce rimaneva costante sia che la Terra si avvicinassse al sole nella sua eclittica sia che se ne allontanasse. Da questi esperimenti Lorentz ricavo le famose trasformazioni che portavano al risultato paradossale (e perciò fisicamente impossibile) che se V (velocità di un oggetto) fosse eguale a C la velocità di V sarebbe infinita. Lo stesso dicasi per la massa che sarebbe anch'essa infinita. Einstein da studente immagino che uno viaggiasse a cavallo della velocità della luce tenendo di fronte a sé uno specchio. Il risultato sarebbe stato che il viaggiatore non avrebbbe potuto vedere sullo specchio la sua immagine.

tremendo2

Dom, 26/01/2020 - 19:07

a quale temperatura è stata misurata questa velocità? E in assenza di qualsiasi form di gravità? Ed è stato dimostrato che lo spazio (per esempio tra la terra e la Luna) è veramente vuoto? Ed è stato accertato che altre fonti di luce ed energia non interferiscano per niente sulla misurazione?

Reip

Dom, 26/01/2020 - 19:41

Einstein era un vero genio....

Ritratto di bonoitalianoma

bonoitalianoma

Dom, 26/01/2020 - 19:42

E se gli stessi principi li applicassimo alla politica italiota cosa succederebbe al Bel Paese? ... sarebbe n'Apocalisse.

elpaso21

Dom, 26/01/2020 - 19:43

Qualcosa non quadra: mettiamo caso che due astronavi viaggino in direzione l'una contraria all'altra alla velocità di 250.000 kmh, un pò meno della velocità della luce. Siccome le due velocità non si sommano, ciascuna penserebbe di incrociare l'altra in un punto diverso.

MudPitt

Dom, 26/01/2020 - 20:10

L'articolo va bene. Ma la parte piu' divertente sono i commenti. Per un motivo socio-culturale, la teoria della relativita' e' un magnete irresistibile per tutti i crackpot. In qualita' di editore di un giornale di fisica, ho rimandato al mittente una quantità spropositata di articoli di dilettanti che scrivono panzane (alcune piuttosto gustose). Nella sezione dei commenti (de ilGiornale poi, che e' un magnete di persone con senso critico...) scorrazzano impuniti i piu' divertenti.

antonellielio

Dom, 26/01/2020 - 20:20

la luce esiste per il solo fatto che si muove.... la sua velocità è c (costante fisica).... non esiste una luce immobile , ne una luce che si muove a una velocità diversa da c. la velocità della luce è ,sempre e comunque c... qualsiasi velocità abbia il corpo-oggetto che la emetta. e fino qui ci sono.. poi ..se la stella -lampadina A si muove verso la stella-lampadina B alla velocità c e lo stesso fa B verso A ..è chiaro che siccome c (luce)è una costante , A vedrà avvicinarsi B alla velocità c e non c+c. comunque c'è sotto un trucco dello spazio-tempo.

rokko

Dom, 26/01/2020 - 21:29

I commenti sono spassosissimi.. Sono uno spaccato fedele di quanto, per la stragrande maggioranza degli italiani (che ritengono in genere di essere geni, e formulano tranquillamente strampalate teorie economiche), la matematica sia una materia ostica.

maria angela gobbi

Dom, 26/01/2020 - 22:03

Se un uomo corre a 10 Km all'ora sul tetto di un treno che viaggia a 100 km all'ora,la sua velocità totale è 130 km all'ora La luce che esce da un fanale di quel treno..? NON è un commento,ma solo una domanda

maria angela gobbi

Dom, 26/01/2020 - 22:06

il Pensiero è + veloce

6077

Dom, 26/01/2020 - 22:08

@svevus: è ben possibile che einstein si sia ispirato a quella formula, ma (se ho capito giusto) non sono la stessa cosa. in fisica è pieno di formule simili tra loro, che però descrivono fenomeni diversi. io però sono ignorante e qui mi fermo, ricordo vagamente che c'è di mezzo un teorema di pitagora con un lato uguale a zero, forse è un riferimento sufficiente per trovare ulteriori informazioni più attendibili di quelle che potrei vaneggiare io. se poi sia vero che einstein ha rubato del lavoro ad altri inclusa sua moglie lo so ancora meno, certo non posso escluderlo. come non posso escludere che il suo genio sia stato anche un po' mitizzato a fini propagandistici.

6077

Dom, 26/01/2020 - 22:10

(e pubblicateli in tempo utile 'sti commenti, cominciano a girarmi seriamente i protoni)

Viewty

Dom, 26/01/2020 - 22:14

@MudPitt: Ha centrato la questione come meglio non si poteva, la proporrei per il prossimo Nobel per la fisica. Leggo i commenti dei nuovi 'Einstein' e non ce la faccio a smettere di ridere. Ooops, adesso mi daranno della 'zecca rossa' comunistoide pieno di odio, ma me ne farò una ragione.

cir

Dom, 26/01/2020 - 22:54

einstein era il nulla , un vuoto a perdere, un cesso da ripulire, ma essendo ebreo...

elpaso21

Dom, 26/01/2020 - 23:04

Mi spiego meglio: mettiamo caso che due astronavi viaggino in direzioni opposte alla velocità di 250mila km al secondo, un pò meno della velocità della luce. Non potrebbero avvicinarsi l'una all'altra alla velocità di 500mila km al secondo, ma soltanto a 300mila. Cosicchè il comandante della prima astronave penserebbe di muoversi alla velocità di 250mila chilometri al secondo mentre l'altra astronave "soltanto" a 50mila. Ma anche il comandante della seconda astronave penserebbe la stessa cosa. Risultato: l'incrocio tra le due astronavi avverrebbe in due posizioni diverse a seconda dei punti di vista.

Ritratto di diplomatico

diplomatico

Lun, 27/01/2020 - 00:50

@ Svevus: ciò che scrive sarebbe vero nella meccanica classica, cioè con velocità in gioco non relativistiche; solo in quel caso si può fare la composizione vettoriale delle velocità. Ma quando c'è di mezzo la velocità della luce, quel modello cade in difetto. Sarebbe invece interessante sapere se "c" resta costante anche se l'universo si espande. Einstein era un genio, un vero titano della fisica... non solo per il Nobel e gli infiniti riconoscimenti, ma abche perché sapeva guardare divertito le pulci invidiose che gli saltellavano intorno e lo insultavano.

antonellielio

Lun, 27/01/2020 - 01:07

ciò che l'autore , esperto di fisica , tralascia nell'articolo e che rende la spiegazione "contro intuitiva "è la deformazione dello spazio tempo. lo spazio a velocità prossime a c diventa tutto curvo e lo stesso fa il tempo che rallenta o accelera .

Ritratto di rapax

rapax

Lun, 27/01/2020 - 01:32

c'e una cosa che nell'universo va piu' veloce della luce, ed e' il pensiero, non c'e nulla di piu' veloce, se in millenni si potesse veicolare dove vogliamo o pensiamo di essere non ci sarebbe luce che tenga, senza contare la velocita' dei processi psichici

Ritratto di franco-a-trier_DE

franco-a-trier_DE

Lun, 27/01/2020 - 06:05

vedo che siete tutti dei professori cari lettori ma perchè emigrate all estero per andare a lavorare?

Ritratto di Menono Incariola

Menono Incariola

Lun, 27/01/2020 - 08:41

Non sono uno specializzato in fisica, ma mi risulta che l'unica "azione a distanza" che si potrebbe definire a velocita' superluminale e' quella che lega lo stato di due particelle "entangled", dal momento che, se si cambia lo stato di una delle due particelle, "sembra" che lo stato dell'altra si adegui "istantaneamente" anche se la seconda particella si trovasse all'altro capo dell'universo. Ma qui, se non sbaglio, piu' che di "velocita' superluminale", si parla di "non localita'".

Ritratto di rapax

rapax

Lun, 27/01/2020 - 10:17

Rokko e poi c'e una categoria di italiani ben evidenziata, che non entra mai nel merito e nell'agone del dibattito, in quanto non capace, e si nasconde dietro l'ironica osservazione degli altri..tipico

flip

Lun, 27/01/2020 - 10:29

granco a trier DE. tu non 'vedi' proprio niente! leggi, comprendi e basta. E' diverso.

Ritratto di rapax

rapax

Lun, 27/01/2020 - 10:29

Rokko e poi c'e una categoria di italiani ben evidenziata, che non entra mai nel merito e nell'agone del dibattito, in quanto non capace, e si nasconde dietro l'ironica osservazione degli altri..tipico

rokko

Lun, 27/01/2020 - 11:13

rapax, pensala come vuoi, non mi fa né caldo né freddo. A me alcuni commenti, con calcoli palesemente errati, fanno sorridere e ritrovo la scarsa attitudine della stragrande maggioranza degli italiani verso la matematica che riscontro tutti i giorni anche nel quotidiano. Questo mi pare che si possa dire già entrare nel merito. Se ti interessa, nello specifico mi fa sorridere, ma in generale mi fa tristezza per come siamo ridotti. Ah una cosa: il merito del tuo commento qual è?

Ritratto di diplomatico

diplomatico

Lun, 27/01/2020 - 15:36

@ rokko: a malincuore sottoscrivo la tua affermazione. Gli Italiani hanno tante virtù, ma la dimestichezza con la matematica/fisica e l'abitudine al pensiero logico non sono tra questi.

anita_mueller

Lun, 27/01/2020 - 23:26

Beh, diciamo che questo articolo, benché molto interessante, è incompleto: la fisica quantistica ha ormai provato empiricamente che due particelle elementari che hanno vissuto per un certo periodo assieme, una volta che vengono separate, indipendentemente dalla distanza, comunicano tra di loro istantaneamente e questo implica che la velocità con cui comunicano fra di loro è molto superiore a quello della velocità della luce. Inoltre secondo Giorgio Bongiovanni (il contattista con gli extraterrestri) afferma che le astronavi extraterrestri sono in grado di viaggiare a velocità infinitamente superiori a quelle della luce.

tremendo2

Lun, 27/01/2020 - 23:33

interessante. Se uno fa una domanda, nessuno è in grado di rispondere.

Ritratto di rapax

rapax

Mar, 28/01/2020 - 09:19

rokko premessa, che bisogna dare ad ogni situazione il giusto peso, ti pare che su una notizia data su un giornale on line, dove sotto si puo' commentare, ora non si possa commentare, o dare un proprio parere, senza essere astronomi, astrofisici, o fisici? e su! non siamo ridicoli

antonellielio

Mar, 28/01/2020 - 22:57

Wikipedia : dal 21 ottobre 1983 la velocità della luce di 299.792.458 metri al secondo nel vuoto, viene considerata come esatta, ovvero senza errore, e a partire da esso si definisce la lunghezza del metro . nel canale fisicainvideo su youtube c'è un video molto interessante :"la relatività senza formule 1"

rokko

Mer, 29/01/2020 - 16:05

rapax, sei tu che con l'ultimo commento ti stai rendendo ridicolo. Io non ho scritto assolutamente che non si può commentare, ci mancherebbe altro. Non mi conosci, ma ti assicuro che una cosa del genere non mi verrebbe mai in mente, anzi vedere tanti commenti su un articolo scientifico e, tutto sommato, ostico, non può che farmi piacere. Il concetto che volevo esprimere era ben diverso: trovo nei commenti (che sono contento di vedere numerosi) tanti strafalcioni , che non fanno altro che confermare ciò che osservo nella vita di tutti i giorni, ovvero che di italiani che hanno dimestichezza con la matematica ce ne sono davvero pochi. La cosa, a mio personalissimo parere, non è per niente positiva. Ti è più chiaro ? Lo spero.

tremendo2

Gio, 30/01/2020 - 08:22

@antonellielio. Peccato che il vuoto non esista.

tremendo2

Gio, 30/01/2020 - 08:39

il calcolo della velocità della luce è il risultato del calcolo fatto attraverso degli esperimenti. Ora,tenendo presente il principio dell'indeterminazione di Eisemberg, quando si fa una misurazione non possiamo avere tutto sotto controllo. Oltretutto non sappiamo di cosa sia fatto il vuoto. Quindi la velocità della luce è una cosa da prendere con le pinze, anche perché è una cosa che ci siamo costruiti noi, non è una verità assoluta. Quello che dicono gli scienziati sono sempre delle affermazioni provvisorie. Per questo quando sento parlare di nuove scoperte scientifiche mi metto a ridere, perché saranno sempre superate. Però più che la scienza, la gente ama il senzazionale.

tremendo2

Gio, 30/01/2020 - 08:51

@rokko. Se gli italiani che hanno dimestichezza con la matematica sono pochi, meno ancora, anche tra gli scienziati, sono quelli che si sono posti il problema di cosa sia la matematica e conoscono l'origine della matematica. Basta che lei chieda a uno scienziato cosa è l'uno, da dove l'hanno tirato fuori. Ecco perché gli scienziati vanno in crisi quando poi parlano di Uni-verso, perché non sanno cosa sia quell' "UNI" e quel "VERSO". E purtroppo queste cosa a scuola nessuno è in grado di insegnarle (pochissime le eccezioni). Recentemente un carissimo amico ha pubblicato un libro: "L'arcano della matematica"

Ritratto di rapax

rapax

Ven, 31/01/2020 - 17:50

rokko ok ma la matematica non. serve molto nella vita reale! la matematica. e' troppa nelle superiori per quello che serve, siamo seri, a parte che oggi abbiamo calcolatrici, pc, ecc e anche nelle professioni specializzate ci sono software che fanno molti calcoli, basta avere i parametri, detto cio, nella media, dell'uomo qualunque dei tanti mestieri che si conoscano gli integrali, le funzioni, le equazioni come vengono insegnate con tutte quelle ore ed esercizi e' eccessivo, e parlo soprattutto di quella delle classi superiori, dopo la aritmetica ovviamente ben studiata, basterebbe qualche ora e una veloce scorsa dei metodi di calcolo, e dedicare di piu' ad altre materie

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bimbo

Lun, 03/02/2020 - 14:34

Se è vero che la Vel= Spazio/tempo, vuol dire che la velocità potrebbe aumentare con l'aumentare dello spazio? Pertanto secondo mì la velocità massima non è ancora confermata. Scusate professori e fisici se faccio la mia deduzione.. hihihihihihihihihihihihihih