La sostenibile finitezza di "c"

• 9 luglio 2012

Le attività osservative sotto i cieli brianzoli possono essere assai appaganti e di facile accesso anche per i nuovi appassionati di astronomia. Sia ad occhio nudo che con l’ausilio di un binocolo oppure di un piccolo telescopio, si scoprono amenità e oggetti celesti inattesi che non finiscono mai di stupire: si passa dai più vicini quali Luna, pianeti, comete, asteroidi (l’oggetto del sistema solare più lontano visibile con un telescopio amatoriale è il pianeta Nettuno a circa 4.4 miliardi di km, cioè oltre 4 ore luce), agli oggetti della nostra Via Lattea come stelle, asterismi, ammassi stellari, nebulose (in questo caso si riesce a raggiungere distanze dell’ordine del migliaio di anni luce, ovvero 2 milioni di volte più lontani di Nettuno); con un piccolo telescopio si possono osservare anche le galassie, facendo un ulteriore salto verso l’esterno, raggiungendo distanze delle decine di milioni di anni luce (quindi cento miliardi di volte più lontane di Nettuno). I telescopi dotati di camere digitali di ripresa possono raccogliere i fotoni di galassie ancora più remote, mentre quelli professionali e il telescopio spaziale “Hubble” raggiungono i limiti dell’universo conosciuto arrivando a scoprire oggetti posti a oltre 12 miliardi di anni luce (quindi 250 volte più lontani delle galassie visibili con un telescopio amatoriale).

Di fronte agli anni luce, a volte si fa confusione: è una misura di distanza nonostante l’etimologia riveli una chiara connessione temporale; 1 anno luce corrisponde a circa 9.5 bilioni di km (ovvero 9'500 miliardi di km) ed esprime la distanza percorsa in un anno dai fotoni della radiazione luminosa.

Quando il nostro occhio osserva al telescopio un oggetto dobbiamo immaginare di vedere in realtà delle isole lontane da noi, separate sia nello spazio che nel tempo. Ma cosa centra il tempo: possiamo capire la separazione spaziale, ma quella temporale? Qui entra in gioco la velocità della luce! Il primo uomo ad osservare il cielo con l’ausilio di un binocolo fu Galileo nel 1600: si dice che fu lo stesso scienziato pisano fra i primi a chiedersi quanto veloce viaggiasse la luce e che forse era errato supporre una sua trasmissione istantanea (ogni tentativo di misurarne la velocità era sempre fallito, da cui l’ipotesi di velocità infinita). Fu l’astronomo danese Romer a fine XVII secolo a constatare che la luce viaggia molto veloce (con una stima pari al 70% di quella corretta), misurando le eclissi dei satelliti di Giove. Due secoli dopo, il famoso esperimento di Michelson-Morley, negò l’esistenza di un etere "luminifero" come ente di propagazione della luce la cui velocità era indipendente dalla direzione: in pratica la velocità della luce è la medesima a prescindere dal moto relativo (del tutto contro-intuitivo: la velocità delle gocce di pioggia contro il parabrezza dell’auto è maggiore se in movimento!), ed è pari a circa 1 miliardo di km orari. Ciò diede un grande impulso alla fisica di inizio secolo scorso che culminò con la teoria della relatività ristretta di Einstein nel 1905 la quale, tra tanti aspetti, definisce “c” (nel gergo tecnico “c” rappresenta la velocità della luce) come la massima velocità di propagazione dell’informazione nell’universo (nessun oggetto dotato di massa può essere accelerato fino a raggiungere c). La luce pertanto non si propaga istantaneamente dalla sorgente all’osservatore ma impiega del tempo e questo tempo rappresenta anche il minimo intervallo di comunicazione fra gli stessi: i segnali delle sonde Voyager che stanno oltrepassando i confine del sistema solare impiegano circa 10 ore di viaggio per raggiungerci, il radio-faro della Cassini che orbita intorno a Saturno impiega 90 minuti per inviare i segnali a Terra, ci vogliono 5 minuti per imprimere un comando ai rover marziani....

Se l’universo fosse stato creato con un valore di c infinito, allora qualunque segnale elettromagnetico arriverebbe dappertutto, istantaneamente: ammesso che tale universo possa sostenere la vita (molto difficile) probabilmente nella nostra vita quotidiana ciò non cambierebbe nulla. Il cielo ci apparirebbe brillante e splendente come la superfice del Sole: in ogni direzione in cui volgessimo lo sguardo, ci arriverebbe la radiazione luminosa di una stella immediatamente dopo essere stata generata. La comunicazione con ipotetici alieni sarebbe un gioco da ragazzi e non dovremmo aspettare migliaia di anni per scambiarci un cenno di saluto. Invece no: la natura ha fissato che c nel vuoto sia esattamente 299'792 km/s e ciò significa che ogni volta che si volga lo sguardo al cielo esso ci appaia come era nel passato. In pratica il telescopio è una macchina del tempo, ma con la sola retro-marcia!... più lontano scruto ... più vecchia è l’immagine che ricevo!

La Luna ci appare come era 1 secondo fà... la luce del Sole impiega 8 minuti per raggiungerci... le immagini di Giove ci giungono con un ritardo di 45 minuti... la galassia di Andromeda la osserviamo come era 2 milioni di anni fa... i quasar più lontani ci raccontano l’universo primordiale di miliardi di anni orsono... la radiazione di fondo alle micro-onde fotografa l’universo quando era 13.5 miliardi più giovane e quindi appena nato dopo il big-bang. E’ affascinante riflettere come l’oggetto osservato o fotografato possa anche non esistere più e che esso non si trovi più in quel posto. La prossima volta che vi specchiate siate pertanto vanitosi: l’essere umano che state osservando è più giovane di quello che siete realmente di circa 1 ns (1 miliardesimo di secondo): tanto è il tempo che la luce impiega per percorrere il tragitto dallo specchio all’occhio! (nella foto “Donne allo specchio” di Pablo Picasso). Questa è la sostenibile finitezza di c.