Misura della velocità della luce
Un po' di storia...
Per molti secoli si è ipotizzato che la luce avesse velocità infinita. Questa tesi sembrerebbe intuitivamente confermata dall'esperienza quotidiana: appena si accende una lampada, la luce inonda all’istante lo spazio circostante. Il primo a dimostrare la che la luce si propagasse a velocità finita fu Ole Rømer nel XVII secolo.
Prima di lui anche Galileo Galilei aveva provato a calcolare la velocità della luce, ma senza successo. L’esperimento di Galileo prevedeva di porre due lanterne a una distanza di un miglio e di calcolare il tempo che la luce impiegava ad arrivare da un punto all’altro. Quando Galileo scopriva la sua lanterna, il suo assistente doveva scoprire la propria non appena vedeva la luce. Misurando il tempo necessario per vedere la luce proveniente dalla lanterna del suo assistente, Galileo avrebbe potuto ricavare la velocità della luce. L’esperimento non portò a nessun risultato. Tuttavia questo esperimento fallì poiché per percorrere un miglio la luce impiega circa 0,000005 secondi: un valore immisurabile con gli strumenti a disposizione all'epoca.
Tuttavia per distanze maggiori e possibile ricavare una stima della velocità anche con strumenti meno sofisticati. Nel 1676 Rømer, osservando il moto di Io, una delle lune di Giove, riuscì a fornire una stima molto veritiera. Il tempo impiegato dalla Io per ruotare intorno a Giove non era sempre lo stesso: quando la Terra era più lontana da Giove, ci metteva più tempo, mentre quando Terra e Giove erano più vicini, Io sembrava impiegare un tempo minore. Rømer spiegò questa differenza ipotizzando che se la velocità della luce era finita allora deve impiegare un certo tempo per giungere da Giove alla Terra quando la Terra è più lontana, mentre ci mette meno tempo quando i due pianeti sono vicini.
Nel 1790 il matematico olandese Christiaan Huygens utilizzo l’idea di Rømer per calcolare il maniera più precisa la velocità della luce e riuscì a ricavare un valore numerico molto vicino a quello accettato oggi. In seguito la velocità della luce è stata misurata dai fisici con maggiore precisione: un raggio luminoso viaggia nel vuoto a 299.792.458 metri al secondo.
La velocità della luce è un limite universale come postulato da Albert Einstein nella sua celebre teoria della relatività speciale. Einstein descrisse anche la relazione tra massa e velocità: ogni oggetto aumenta la sua massa quanto più velocemente si muove. Questo diventa evidente solo a velocità elevate: se si potesse sparare nello spazio una palla da tennis della massa di 55 grammi a una velocità di 500 milioni di chilometri all’ora, la massa dell’oggetto aumenterebbe a 62 grammi. Se la velocità raggiungesse 1.079 milioni di km/h – corrispondente a circa il 99,98 per cento della velocità della luce – la massa della palla sarebbe di ben 2,5 chilogrammi. Ogni ulteriore approssimazione alla velocità della luce farebbe aumentare la massa della palla, e al 99,9999 per cento sarebbe di 1,2 tonnellate. A quel punto, però, per imprimere un incremento di velocità sarebbe necessaria una forza immane.
Il nostro esperimento
In questo esperimento sarà possibile misurare la velocità della luce utilizzando un apposito sistema ottico costituito da uno specchio e un ricevitore.
