Velocità della luce: cos’è e come si calcola

Quante volte abbiamo sentito dire l'espressione "più veloce della luce"?  Vi siete mai chiesti cosa vuol dire e se ciò sia effettivamente possibile.
Cominciamo col dire che la luce è un'onda elettromagnetica. O meglio, può essere vista e studiata come tale, anche se gli studi dell'ultimo secolo hanno messo in evidenza che può essere trattata anche come grandezza quantizzata, ovvero come se fosse composta da particelle (i cosidetti "fotoni").

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Inizialmente, nel corso dell' 800, gli studi riguardanti le onde elettromagnetiche e tutto ciò che aveva a che fare con l'elettromagnetismo era visto come un qualcosa di definitivo. Si pensava cioè di essere giunti a una forma finale della descrizione del mondo da parte della fisica. 

Le credenze dell'epoca indicavano il nostro pianeta immerso in un ipotetico mezzo (l'etere) che permeava tutto, e nel quale accadevano tutti i fenomeni fisici possibili. Anche la luce si muoveva attraverso questo etere. Inoltre, esistevano già da alcuni secoli le trasformazioni di Galileo: si sapeva bene che in diversi sistemi di riferimento la velocità di un qualsiasi oggetto non si mantiene uguale, ma varia in base alla velocità relativa tra i vari sistemi*.

Tuttavia, le leggi elettromagnetiche a una loro espressione sintetica, dettata dalle equazioni di Maxwell. Bene, queste equazioni (4 in totale) descrivevano alla perfezione il comportamento dei fenomeni sia elettrici sia magnetici in qualsiasi contesto (stazionario, in moto, nel vuoto, in un mezzo materiale, etc.)

Eppure c'era un problema, anche se tutto sembrava apparentemente perfetto: la velocità della luce sembrava essere sempre la stessa, in qualsiasi sistema di riferimento. Non andava per nulla d'accordo con le trasformazioni di Galileo. Cosa c'era di sbagliato allora?

Vennero fatti numerosi esperimenti all'epoca per dimostrare come la composizione galileiana delle velocità valesse ancora: quindi un osservatore posto in un sistema in moto. Misurando la velocità della luce in diverse direzioni avrebbe trovato dei valori diversi (proprio in base alla direzione in cui tale velocità era stata misurata). I più celebri esperimenti sono quelli del 1881, ripetuti più volte, da parte di Michelson e Morley.

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Venne costruito un apposito apparato (detto "interferometro") che suddivideva un fascio di luce e lo ricombinava per poi farlo apparire su uno schermo, formando delle figure di interferenza. Tuttavia, non fu notato alcun cambiamento nella figura di interferenza ripetendo l'esperimento in diverse posizioni: ciò implicava che non potevano valere le trasformazioni di Galileo (perché era stata ipotizzata la presenza dell'etere e il moto della Terra rispetto a esso).
Allora si giunse alla conclusione che la velocità della luce fosse uguale in tutte le direzioni, ipotesi dalla quale Einstein sviluppò la sua teoria della relatività. In particolare, l'etere non era necessario per ottenere i risultati raggiunti e venne dunque non più considerato.
Oggi sappiamo che la luce viaggia a velocità di 300 mila km/s circa.

*Per maggiori info o curiosità al riguardo, potete leggere il "Sidereus Nuncius" scritto da Galileo Galilei, oppure cercare su internet il celebre passo della nave in moto, sempre tratto dallo stesso libro.