Cos’ha di così speciale la velocità della luce? (perché anche gli alieni non possono superarla)

PRIMA PARTE: tutte le leggi fisiche sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali.

Ci siamo domandati in un mio recente post da dove arrivano gli alieni.
Le galassie più distanti si trovano a circa 13 miliardi di anni luce da noi. La galassia più vicina si trova a circa 2.500.000 anni luce dalla Terra e a 42.000 anni luce dal centro della Via Lattea, dietro le stelle della costellazione del Cane Maggiore (Canis Major).

La Via Lattea ha un diametro di circa 100.000 anni luce e uno spessore, nella regione dei bracci, di circa 10/12.000 anni luce.
Ora pur non facendo un grande sforzo di immaginazione, queste distanze dovrebbero sembrare impressionanti da superare anche ai più incalliti sostenitori degli Ufo. Ma per loro non è così. Allora ci domandiamo se è veramente possibile percorrere queste distanze.
E’ possibile viaggiare con velocità superluminali?
Gira e rigira ci troviamo a parlare sempre della velocità della luce.

Allora ci domandiamo cos’ha di così speciale la velocità della luce? Da dove sbuca fuori questo limite? Da dove sbuca fuori questo limite che la natura ha imposto al moto dei corpi? Cosa rende impossibile (fino a prova contraria) oltrepassarlo? Ma soprattutto il limite della velocità della luce ha realmente valore universale?

Tanto per rendere bene l’idea, la velocità della luce è pari a:

299.792,458 chilometri al secondo ovvero 1.079.252.848,800 chilometri all’ora

che equivale a dire che la luce in un anno percorre la distanza di

9.460.730.472.581 chilometri.(299792,458*24*3600*365.25) ovvero 9.460 milioni di chilometri

Sbalorditivo vero?
Ammettiamo che la più veloce sonda spaziale possa raggiungere la velocità di 240.000 Km/h (0,022% della velocità della luce) fruttando l’effetto fionda dei pianeti (sonda Helios), in un anno percorrerebbe poco più di 2 milioni di chilometri per arrivare al massimo poco oltre Saturno. Ovvero a queste velocità gli alieni non andrebbero da nessuna parte.
Ma si sa che gli alieni sono più evoluti di noi, direbbero in molti. Allora ci domandiamo a che velocità loro possano viaggiare.

Per vedere come stanno le cose, partiamo da lontano. Partiamo da 2+2.
A scuola ci hanno insegnato che fa 4. Siete d’accordo? E poi che 6×9 fa 54. Anche qui credo che siete d’accordo.
Allora facciamoci una prima domanda: questi risultati matematici valgono per altri mondi? Direi di si. Voi che ne pensate?
Ok, andiamo avanti. La legge della gravitazione universale governa l’attrazione dei corpi e quindi anche di tutto ciò che sta nell’Universo, galassie, stelle, pianeti. Lo stesso vale per la quantità di moto di un corpo rigido di massa “m” e velocità “v” e la sua energia cinetica.

q = mv e E = (mv^2) / 2

Bleff (il mio cane) che sembrava addormentato qui sotto la scrivania solleva gli occhi e mi domanda il perché di questa manfrina di introduzione.
Il motivo è molto semplice, gli ho spiegato: perché tutto sta nel fatto di quanta energia bisogna fornire ad una massa in movimento. Basta pensare alla energia necessaria per fare viaggiare una automobile a 90 km/ora in autostrada e quanta ce ne vuole ad un camion alla stessa velocità. Il motivo è capire quanta energia ci vuole per fare viaggiare una astronave nello spazio alla velocità della luce.

Qualcuno conosce già la risposta, ma vado avanti lo stesso.
Neanche a dirlo anche stavolta dobbiamo tirare in ballo il nostro bravo Einstein. E tanto per fare due chiacchierare insieme partiamo da lontano.
Per la precisione da Galileo.

Relatività Galileiana.
Galileo aveva capito che le leggi della fisica devono essere le stesse in qualunque sistema di riferimento in moto rettilineo e uniforme. A dire il vero, non l’avrebbe detto esattamente con queste parole, ma il senso era questo: le regole che usiamo per descrivere i fenomeni naturali sono le stesse ovunque sia che vi troviate. Questo è il principio di relatività galileiana, su cui la fisica ha campato benissimo per tre secoli buoni.

Cosa vuol dire? Vuol dire che un marinaio che si muove su una nave a 5 chilometri l’ora nella stessa direzione del moto della nave che va a sua volta a 50 chilometri l’ora, un osservatori sulla terra vedrà il marinaio camminare a 55 chilometri l’ora, che è la somma vettoriale delle due velocità relative.

Relatività ristretta.
Poi arriva Einstein, e le cose cambiano radicalmente.
Intanto hanno inventato il treno e da qualche decennio i fisici hanno cominciato a giocare con i magneti e l’elettricità. Un tizio di nome Maxwell ha ricavato delle bellissime leggi che spiegano perfettamente i fenomeni elettromagnetici, si è capito che la luce è una forma di radiazione elettromagnetica. Si è capito che la luce si propaga nel vuoto sempre esattamente alla stessa velocità, qualunque sia la velocità e la direzione del moto del corpo che emette la luce. È una costante, non cambia, ha un valore universale: che viene indicata per tutti con una lettera, la c.

Se sei stato attento – dico al mio cane – questo fatto apparentemente innocuo manda per aria il principio di relatività di Galileo.
Detta in parole povere la velocità della luce non si somma a quella del sistema di riferimento da cui viene emessa. Non va più bene sommare semplicemente le velocità. Se un corpo si muove a velocità «v» (per esempio una astronave aliena) all’interno di un sistema che si muove a sua volta a velocità «w» (espansione dell’universo) nella stessa direzione rispetto a un osservatore esterno, a quell’osservatore la velocità dell’astronave apparirà essere semplicemente v+w.
Nella relatività galileiana nulla impedisce che questa somma dia come risultato un valore maggiore di «c».

Nella relatività ristretta, la formula per combinare le velocità è più complicata, ma il succo è che il risultato non è mai maggior della velocità della luce. Non c’è verso. Anche se v=w=c, il risultato totale è sempre e soltanto «c». (credeteci).

Praticamente da qui nasce la teoria della relatività ristretta. Le nuove leggi che regolano il passaggio da un sistema all’altro sono più complicate (non stiamo qui a raccontarle). Lo scorrere del tempo non è più assoluto, ma dipende dal moto dell’osservatore, e lo stesso vale per le lunghezze dei corpi (anche stavolta credeteci).

In conclusione, se una astronave aliena viaggiasse alla velocità della v=c il risultato è v+w=c, ovvero la somma delle velocità è sempre e soltanto «c».

Nessuna astronave potrebbe viaggiare ad una velocità superiore alla velocità della luce.

Capito Bleff?

SECONDA PARTE: energia e materia. Risposta risolutiva. …. alla prossima puntata.

(un ringraziamento va ad Amedeo Balbi, divulgatore scientifico di Keplero. Da un suo articolo mi sono ispirato e riassunto in questo post)

Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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18 risposte a Cos’ha di così speciale la velocità della luce? (perché anche gli alieni non possono superarla)

  1. Rebecca Antolini Pif ha detto:

    Buongiorno Silvano, molto interessante e scentifico la tua spiegazione al riguardo della velocità della luce.. Comunque questa teoria si base sulle cose che noi (la scienza) sappiamo.. io per esempio non mi posso minimamente immaginare una velocità di questo genere, perche il mio cervello non lo riesce a comprendere. Lo stesso vale anche per la grandezza del universo, si come noi siamo limitati di sapienza e coscienza in generale.. Allora mi faccio una domanda, perchè non dovrebbe esistere una forma di intelligenze più grande della nostra, con una teconologia più avanzata, per dire una forma di teconologia a noi complettamente sconosciutta.. questo sono le mie riflessioni.. forse i essere viventi li fuori nel vasto spazio nel universo sanno cose di cui noi non siamo cosciente… forse per loro viaggiare nell universo e come per noi andare da una stanza in un altra… chiedi il tuo caro Bleff cosa ne pensi.. ti abbraccio come sempre e una carezza al genio Bleff… Pif

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    • bruce ha detto:

      Buongiorno anche a te cara Pif

      Sono rimasto “favorevolmente” colpito dalla tua razionalità. Devo essere sincero, questa dote non è sempre presente nelle persone “spirituali” o di fede. Perché non si fanno domande. In genere sono persone dogmatiche. Mentre è giusto porsi domande come hai fatte te e come fanno anche gli scienziati su argomenti non materiali. Complimenti.

      In realtà bisogna distinguere la fisica dalla tecnologia. Sono due cose diverse e separate. Anzi la tecnologia è figlia della fisica. La tecnologia sfrutta le conoscenze della fisica.
      Mi spiego.
      L’universo e la materia è fatta di atomi. Solo di atomi. Uguale per noi e per tutti gli eventuali abitanti in altri mondi. Solo con lo studio dell’atomo e delle sue applicazioni è possibile accedere alla tecnologia per sfruttarle.
      In definitiva è grazie alla fisica e allo studio di questi elementi fondamentali della materia che ha messo nelle mani della tecnologia gli elementi del progresso scientifico che ci è davanti agli occhi.
      Senza la fisica oggi non avremmo la elettricità, il frigorifero, l’automobile, il computer, il cellulare, i satelliti.

      Quello che voglio dire è che anche gli alieni devono sottostare alle leggi della fisica, dell’atomo. Per ora la fisica ci dice che è impossibile viaggiare oltre la velocità della luce anche per una tecnologia avanzata ma priva di elementi fisici.

      Nel prossimo blog spiegherò meglio questo concetto che è la fisica alla base dello sviluppo scientifico e la tecnologia viene di conseguenza.
      Di nuovo buona giornata e un saluto da Bleff che già mi reclama il secondo giro giornaliero.
      Ciao

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  2. strangethelost ha detto:

    Forse gli Alieni hanno imparato ad usare la smaterializzazione,così facendo non avrebbero limiti di tempo e di velocità!
    Ciao,buona giornata!
    liù

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    • Matia ha detto:

      Il punto è che neanche gli atomi possono viaggiare a velocità superluminali. Anche se smaterializzassimo un’astronave con tutto l’equipaggio, in tutti i suoi componenti ultimi (quark ed elettroni) e poi ne facessimo un “fax” mandandoli a milioni di anni luce di distanza per poi ricostruirli, tali componenti ultimi viaggerebbero al massimo (in realtà a meno, essendo dotati di massa) alla velocità della luce. Quello che dice la relatività Einsteiniana, alla fine, è che nessuna informazione può viaggiare a velocità maggiori di quella della luce. L’unica cosa che per ora sembra sfidare questa legge è l’entanglement quantistico.
      L’altro modo per poter coprire grandi distanze in tempi brevi, sarebbe quello (sfruttatissimo dal cinema e dalla letteratura) di creare dei wormhole, ovvero scorciatoie spaziotemporali, passando attraverso uno spazio a dimensione maggiore. Ad oggi però, sembra che sia possibile in linea teorica che tali costrutti si creino, ma sarebbero estremamente piccoli ed instabili. Senza contare che non ne è mai stato osservato uno.

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  3. bruce ha detto:

    Ecco anche questo è un bel argomento.
    Ma tuttora è solo fantascienza.
    Smaterializzazione significa fare “a pezzi” una astronave con tutti i suoi componenti riducendoli a semplici atomi, trasportarli nello spazio, non si sa come, e ricomporli come un “puzle” in un punto preciso dello spazio (con precisione impensabile da milioni a anni luci di distanza con la speranza che tutto combaci alla perfezione).
    Per ora è logico pensarlo. Solo pensarlo.
    Cmq bel contribuo il tuo. Quindi non è vero che non ci capisci niente di scienza.😆
    Ciao

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  4. ivano ha detto:

    A meno che gli alineni non abbiano inventato il motore a curvatura o qualcosa del genere…

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  5. Daniele ha detto:

    Articolo molto bello e interessante, complimenti!

    Da appassionato di storia della fisica vorrei solo fare una precisazione: tu scrivi che la regola di composizione delle velocità, somma semplice per Galileo (“trasformazioni di Galileo”) con Einstein smette di essere valida (se non a velocità molto piccole rispetto a c) perché non vale il principio di relatività galileiana. In realtà il principio di relatività galileiana (tutti i sistemi di riferimento inerziali sono indistinguibili fra di loro) è il concetto cardine anche della relatività (ristretta) di Einstein, il cui colpo di genio fu sostituire per la composizione delle velocità le (già note in elettromagnetismo) trasformazioni di Lorentz alle “vecchie” trasformazioni di Galileo. In effetti, per risolvere i problemi sollevati dalle equazioni di Maxwell (soprattutto, come hai correttamente scritto, il principio di costanza di c tra tutti i sistemi di riferimento), a fine Ottocento i fisici, con l’ipotesi dell’etere, erano (fortemente) inclini a fare il contrario: salvare le trasformazioni di Galileo rinunciando al principio di relatività galileiana (il sistema di riferimento solidale con l’etere era quello privilegiato rispetto agli altri, dunque si poteva definire un “moto assoluto”, fosse anche rettilineo uniforme, rispetto appunto all’etere). Il piccolo-grande cambio di prospettiva di Einstein, che a posteriori potrebbe sembrare quasi ovvio (e per questo fu geniale), portò alle meravigliose conseguenze di cui parliamo.

    Saluti!

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  6. skipper94 ha detto:

    E se invece di andare più veloci di c si utilizzasse la contrazione e l’espansione dello spazio per viaggiare? Fisicamente è possibile (se non sabglio) tecnologicamente, per ora, no.

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  7. PiEffe ha detto:

    Ma sappiamo che in realtà esiate qualcosa capace di viaggiare più veloce della luce e trasferirsi in meno di un secondo su un pianeta lontano un milione di anni luce: è il pensiero. Chissà se un giorno, rispettando tutte le leggi della fisica, non potremo viaggare seguendo il filo del pensiero?

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  8. skipper94 ha detto:

    Nella teoria della relatività lo spazio si può contrarre ed estendere, se la consideriamo valida a livello tecnologico si può raggiungere una conoscenza tale da consentire la contrazione dello spazio. Qiuindi si potrebbero percorrere spazi in tempi inferiori rispetto a viaggiare ad una velocità maggiore di c.

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  9. Mimmo ha detto:

    Ciao Bruce! Scusa se mi permetto, ma leggo che la galassia più vicina al!a terra si trova a 25000 anni luce! Ma la galassia di Andromeda non si trova a 2,5 milioni di anni luce?

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