L'anno luce non misura gli anni: questa è l'unità con cui gli scienziati calcolano l'incalcolabile

    La velocità della luce ha cambiato la nostra comprensione dell'Universo: dall'etere a Einstein, da dietro l'angolo ad anni luce di distanza.

    Il valore costante della luce nel vuoto è stato uno dei pilastri dell'astronomia moderna per il calcolo delle distanze.
    Il valore costante della luce nel vuoto è stato uno dei pilastri dell'astronomia moderna per il calcolo delle distanze.

    Lo strumento principale a disposizione degli astronomi per studiare tutto ciò che riguarda il cosmo è la luce. Da essa possiamo determinare l'età, la composizione, le dimensioni e, soprattutto, la distanza tra gli oggetti.

    Ieri, gli scienziati credevano che un elemento chiamato etere permeasse l'intero universo e fungesse da mezzo attraverso il quale la luce si propagava e gli oggetti si muovevano. Cercarono di spiegare e calcolare i movimenti dei corpi nel cosmo usando questo etere.

    In seguito, Galileo Galilei cercò di comprendere la natura del moto e di misurare la velocità con cui i corpi, e in particolare la luce, si muovevano. Fallì. La tecnologia a sua disposizione quattro secoli prima non gli permetteva di misurare qualcosa di così veloce.

    Nel XIX e XX secolo, emersero delle incongruenze quando si tentò di spiegare il comportamento degli elettroni da una prospettiva elettromagnetica classica. Abbiamo dovuto attendere l'avvento della meccanica quantistica per comprenderne la vera natura.

    La teoria della relatività generale di Albert Einstein ci spiega il percorso che la luce seguirà quando incontrerà oggetti massicci e come si piegherà.
    La teoria della relatività generale di Albert Einstein ci spiega il percorso che la luce seguirà quando incontrerà oggetti massicci e come si piegherà.

    Ma la ciliegina sulla torta arrivò quando Albert Einstein, nella sua teoria della relatività speciale, scoprì che una delle costanti fondamentali dell'universo era la velocità della luce e che qualsiasi studio del moto doveva essere condotto tenendo conto di essa.

    Elettroni, meccanica quantistica e luce

    Uno dei collegamenti chiave tra la velocità della luce e la relatività emerse quando Albert A. Michelson ed Edward W. Morley condussero un esperimento concettualmente simile a quello di Galileo, ma con una maggiore precisione tecnologica. Inviarono un fascio di luce in due direzioni perpendicolari e confrontarono i tempi di percorrenza. Non trovarono alcuna differenza.

    Questo poteva solo significare che l'etere non esisteva e che la velocità della luce era la stessa in tutte le direzioni. Decenni dopo, con lo sviluppo della meccanica quantistica, si scoprì che le particelle luminose, i fotoni, si muovono sempre esattamente a quella velocità.

    Tutte queste coincidenze portarono Einstein a formulare le sue teorie della relatività, in cui la luce è l'elemento centrale. In particolare, la Relatività Speciale elimina l'etere come mezzo universale e stabilisce la velocità della luce come una costante fondamentale della natura.

    L'intero processo contribuì a consolidarne l'importanza cosmica, poiché, oltre a quanto appreso attraverso l'astronomia, gli vennero assegnate proprietà fisiche essenziali per comprendere i processi stellari e calcolare le distanze con maggiore precisione.

    Luce, distanza e anni?

    Quindi, cosa c'entra tutto questo con le distanze? Niente e tutto. Quanto sopra era un'introduzione a come è stata determinata la velocità della luce, che ora sappiamo essere esattamente 299.792.458 metri al secondo.

    Un valore che, per quanto ne sappiamo, è costante ovunque nel cosmo. Non c'è strumento migliore di qualcosa di immutabile per misurare distanze enormi come quelle che esistono nell'Universo.

    Il tempo approssimativo impiegato dalla luce solare per raggiungere la superficie terrestre è di 8 minuti, ovvero 150 milioni di chilometri.
    Il tempo approssimativo impiegato dalla luce solare per raggiungere la superficie terrestre è di 8 minuti, ovvero 150 milioni di chilometri.

    L'esempio tipico che noi astronomi usiamo quando qualcuno ci chiede quanto tempo impiega la luce a percorrere il tragitto dal Sole al nostro viso: "Otto minuti!" diciamo con la certezza di chi sa di affermare un fatto fisico ben consolidato.

    "Aspetta un attimo!" dirà qualcuno. "E le distanze? Perché parli di tempo?" La risposta sta nella tendenza umana a confondere i concetti, ma ha una base fisica: la distanza si ricava dalla velocità e si usa il tempo, il tempo reale, non quello meteorologico.

    Gli anni luce non misurano il tempo

    Chiarito questo, torniamo seri e facciamo un rapido calcolo. Ricordiamo la formula della velocità, che si ottiene dividendo la distanza per il tempo. Per motivi pratici, arrotondiamo la velocità della luce a 300.000 chilometri al secondo.

    Ciò significa che la luce percorre 300.000 chilometri al secondo. Se consideriamo la circonferenza terrestre, circa 40.000 chilometri, potremmo percorrerla quasi sette volte e mezzo in un solo secondo viaggiando a quella velocità. Davvero sorprendente.

    La domanda naturale è: se questa è la distanza percorsa in un secondo, quale sarebbe la distanza corrispondente in un anno? Basta moltiplicare quei 300.000 chilometri per il numero di secondi in un anno, ottenendo circa 9,5 trilioni di chilometri.

    Questa è una quantità molto utile in astronomia per evitare numeri ingestibili e ci permette di dire, ad esempio, che la stella più vicina al Sole, Proxima Centauri, dista circa 4,2 anni luce. Tuttavia, se vogliamo andare oltre, dovremo usare i parsec... ma questo è per la prossima puntata.