La luce si muove nell'universo alla massima velocità che gli astronomi possono misurare. In effetti, la velocità della luce è un limite di velocità cosmico e non si sa che nulla si muova 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, a una velocità di 299, 792, 458 metri al secondo. Come può farlo? Per capirlo, è utile sapere cosa sia effettivamente 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 era un'onda attraverso cosa si è propagato? 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 venne 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 è del tutto accurato. 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 due terzi della sua velocità nel vuoto. Anche nell'aria, che è quasi un vuoto, la luce rallenta leggermente. Mentre si muove attraverso lo spazio, incontra nuvole di gas e polvere, nonché campi gravitazionali, che possono cambiare leggermente la velocità. Anche le nuvole di gas e polvere assorbono parte della luce durante il passaggio.
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 a contatto. Questi disturbi quindi fanno sì che le particelle irradiano luce alla stessa frequenza, ma con uno spostamento di fase. La somma di tutte queste onde prodotte dai "disturbi" porterà ad 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, alla velocità con cui la luce si muove, il suo percorso può essere piegato mentre attraversa regioni dello 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.
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Lensing gravitazionale e come funziona. La luce proveniente da un oggetto distante passa da un oggetto più vicino con una forte attrazione gravitazionale. La luce è piegata e distorta e questo 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 questo è ancora confermato mentre gli scienziati studiano il fenomeno delle onde gravitazionali dalla collisione di buchi neri e stelle di neutroni. Altrimenti, non ci sono altri oggetti che viaggiano così velocemente. Teoricamente, possono avvicinarsi alla velocità della luce, ma non più velocemente.
Un'eccezione a ciò potrebbe essere lo spazio-tempo stesso. Sembra che le galassie lontane 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 motore a curvatura. In una tale tecnologia, una navicella spaziale è a riposo rispetto allo spazio ed è in realtà lo spazio che si muove, come un surfista che cavalca un'onda sull'oceano. Teoricamente, questo potrebbe consentire un viaggio superluminale. Naturalmente, ci sono altri limiti pratici e tecnologici che si frappongono, ma è un'idea interessante di fantascienza che sta ottenendo un certo interesse scientifico.
Tempi di viaggio per la luce
Una delle domande che gli astronomi ricevono dal 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 misurazioni della 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
- In tutta la nostra galassia 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 sono 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 la loro luce viaggia. Questo è uno degli effetti affascinanti del vivere in un universo in espansione.
A cura di Carolyn Collins Petersen