Fisica: velocità della luce, superabile?
Salve sono un nuovo utente di questo forum
Ho 16 anni, 3a superiore
La mia curiosità è:
La velocità della luce è 1079252849 Km/h sappiamo che non è superabile
Se potessi mettere un faro di fronte a una navicella che viaggia a 75000 km/h allora la velocità del fascio di luce dovrebbe essere di 1079327849Km/h ben 75000km/h in più, è possibile che venga superata questa soglia? Si andrebbe a creare un cono? Un'esplosione di luce? Oltre questa soglia è possibile vedere?
Grazie in anticipo
Ho 16 anni, 3a superiore
La mia curiosità è:
La velocità della luce è 1079252849 Km/h sappiamo che non è superabile
Se potessi mettere un faro di fronte a una navicella che viaggia a 75000 km/h allora la velocità del fascio di luce dovrebbe essere di 1079327849Km/h ben 75000km/h in più, è possibile che venga superata questa soglia? Si andrebbe a creare un cono? Un'esplosione di luce? Oltre questa soglia è possibile vedere?
Grazie in anticipo
Risposte
Ciao, e benvenuto 
il tuo ragionamento funziona nell'ambito delle relatività galileiana e della meccanica newtoniana, nel quale le velocità si compongono nel modo intuitivo derivato dal senso comune, come somma algebrica dei contributi.
Fino a che si è lavorato con velocità molto minori della luce, le trasformazioni della relatività galileiana valevano traquillamente, e attraverso di esse si sono raggiunti traguardi molto importanti sulla meccanica (meccanica celeste, elasticità, fluidodinamica, etc etc). Verso il 1800 si è però iniziato a studiare sistematicamente anche l'elettricità e il magnetismo, visti però come fenomeni specialistici "di nicchia", in quanto lontani dall'esperienza comune del tempo.
Riassumendo il tutto, tutti i fenomeni elettromagnetici possono essere rappresentati dalle equazioni di Maxwell, che modellizzano la dinamica dei fenomeni elettromagnetici e le loro reciproche interazioni. La cosa sorprendente, è che da queste equazioni si ricava che i campi elettromagnetici (che lascio alla tua intuizione capire cosa siano, altrimenti scriviamo un trattato di elettrodinamica), si propagano nello spazio come onde. Se calcoli la velocità di queste "onde elettromagnetiche", ottieni una velocità $C$ costante, indipendentemente dalla velocità del sistema di riferimento in cui la misuri, ovvero se metti il tuo generatore di campo elettromagnetico su un'astronave in moto, ciò non cambia la velocità di propagazione del campo.
Sperimentalmente si trova che questa velocità $C$ è proprio quella della luce nel vuoto.
I problemi che sorgono da qui sono due:
1) Ma la luce è un onda o formata da particelle (fotoni) -> Questo porta al dualismo onda-particella in fisica quantistica
2) Le trasformazioni di Galileo falliscono per i fenomeni elettromagnetici, quindi o le trasformazioni di galileo o le equazioni di Maxwell sono errate (in quanto danno risultati contraddittori).
Focalizziamoci su 2).
Il problema è quindi: teniamo le equazioni di Maxwell trovate dopo più di un secolo di ricerche o le trasformazioni di galileo e la meccanica newtoniana che stanno sotto a tutti i lavori di meccanica e ingegneria fatti fino ad adesso?
Come ogni volta che ci sono due teoria in disaccordo in fisica, l'unico modo di decidere deriva dagli esperimenti (non da chi ha formulato le teorie, da quanto siano belle semplici o eleganti e nemmeno dalla loro capacità predittiva).
Sperimentalmente si è trovato che le trasformazioni di Galileo erano in disaccordo con la natura, in quanto la velocità della luce nel vuoto è sempre la stessa (dietro ad una riga scritta da me ci sono 30 anni di esperimenti, teorie di riparazione tipo l'etere, e vari sconvolgimenti del senso comune), e che quindi sono esse a dover essere modificate.
Tramite il lavoro in particolare di Lorentz, Poincarè e soprattutto Einstein, si giunge alla fine alla meccanica relativistica (relatività speciale), che è più corretta della meccanica newtoniana per affrontare i problemi con velocità prossime a quella della luce. Tentando poi di sistemare la gravitazione newtoniana (che risulta incompatibile con la meccanica relativistica), Einstein arrivò (dopo anni di lavoro, poggiandosi sui lavori di geometria differenziale di Ricci-Cubastro e Levi-Civita e con l'aiuto di Hilbert), alla relatività generale, la miglior teoria della gravitazione combaciante con gli esperimenti (a livello classico) che abbiamo, usata con grande precisione in cosmologia e in meccanica celeste.
L'osservazione 1) è parte dei problemi della fisica classica (sfociati nello studio del corpo nero) che porta alla fisica quantistica. Unificando poi la meccanica quantistica con la relatività speciale si giunge alla teoria quantistica dei campi, che sta sotto al modello standard delle particelle. Questo permette di spiegare tutti i fenomeni estremamente piccoli, e tre delle iterazioni fondamentali (elettromagnetismo, forza debole e forza forte). Quello che manca è l'aggiunta della gravità, ovvero una teoria quantistica della gravità. Essa è corrente argomento di ricerca, con varie proposte (teoria delle stringhe e gravità quantistica a loop sono due delle maggiori teorie). Come detto sopra solo gli esperimenti (che al momento sono fuori dalla nostra portata) possono stabilire la teoria migliore delle due.
il tuo ragionamento funziona nell'ambito delle relatività galileiana e della meccanica newtoniana, nel quale le velocità si compongono nel modo intuitivo derivato dal senso comune, come somma algebrica dei contributi.
Fino a che si è lavorato con velocità molto minori della luce, le trasformazioni della relatività galileiana valevano traquillamente, e attraverso di esse si sono raggiunti traguardi molto importanti sulla meccanica (meccanica celeste, elasticità, fluidodinamica, etc etc). Verso il 1800 si è però iniziato a studiare sistematicamente anche l'elettricità e il magnetismo, visti però come fenomeni specialistici "di nicchia", in quanto lontani dall'esperienza comune del tempo.
Riassumendo il tutto, tutti i fenomeni elettromagnetici possono essere rappresentati dalle equazioni di Maxwell, che modellizzano la dinamica dei fenomeni elettromagnetici e le loro reciproche interazioni. La cosa sorprendente, è che da queste equazioni si ricava che i campi elettromagnetici (che lascio alla tua intuizione capire cosa siano, altrimenti scriviamo un trattato di elettrodinamica), si propagano nello spazio come onde. Se calcoli la velocità di queste "onde elettromagnetiche", ottieni una velocità $C$ costante, indipendentemente dalla velocità del sistema di riferimento in cui la misuri, ovvero se metti il tuo generatore di campo elettromagnetico su un'astronave in moto, ciò non cambia la velocità di propagazione del campo.
Sperimentalmente si trova che questa velocità $C$ è proprio quella della luce nel vuoto.
I problemi che sorgono da qui sono due:
1) Ma la luce è un onda o formata da particelle (fotoni) -> Questo porta al dualismo onda-particella in fisica quantistica
2) Le trasformazioni di Galileo falliscono per i fenomeni elettromagnetici, quindi o le trasformazioni di galileo o le equazioni di Maxwell sono errate (in quanto danno risultati contraddittori).
Focalizziamoci su 2).
Il problema è quindi: teniamo le equazioni di Maxwell trovate dopo più di un secolo di ricerche o le trasformazioni di galileo e la meccanica newtoniana che stanno sotto a tutti i lavori di meccanica e ingegneria fatti fino ad adesso?
Come ogni volta che ci sono due teoria in disaccordo in fisica, l'unico modo di decidere deriva dagli esperimenti (non da chi ha formulato le teorie, da quanto siano belle semplici o eleganti e nemmeno dalla loro capacità predittiva).
Sperimentalmente si è trovato che le trasformazioni di Galileo erano in disaccordo con la natura, in quanto la velocità della luce nel vuoto è sempre la stessa (dietro ad una riga scritta da me ci sono 30 anni di esperimenti, teorie di riparazione tipo l'etere, e vari sconvolgimenti del senso comune), e che quindi sono esse a dover essere modificate.
Tramite il lavoro in particolare di Lorentz, Poincarè e soprattutto Einstein, si giunge alla fine alla meccanica relativistica (relatività speciale), che è più corretta della meccanica newtoniana per affrontare i problemi con velocità prossime a quella della luce. Tentando poi di sistemare la gravitazione newtoniana (che risulta incompatibile con la meccanica relativistica), Einstein arrivò (dopo anni di lavoro, poggiandosi sui lavori di geometria differenziale di Ricci-Cubastro e Levi-Civita e con l'aiuto di Hilbert), alla relatività generale, la miglior teoria della gravitazione combaciante con gli esperimenti (a livello classico) che abbiamo, usata con grande precisione in cosmologia e in meccanica celeste.
L'osservazione 1) è parte dei problemi della fisica classica (sfociati nello studio del corpo nero) che porta alla fisica quantistica. Unificando poi la meccanica quantistica con la relatività speciale si giunge alla teoria quantistica dei campi, che sta sotto al modello standard delle particelle. Questo permette di spiegare tutti i fenomeni estremamente piccoli, e tre delle iterazioni fondamentali (elettromagnetismo, forza debole e forza forte). Quello che manca è l'aggiunta della gravità, ovvero una teoria quantistica della gravità. Essa è corrente argomento di ricerca, con varie proposte (teoria delle stringhe e gravità quantistica a loop sono due delle maggiori teorie). Come detto sopra solo gli esperimenti (che al momento sono fuori dalla nostra portata) possono stabilire la teoria migliore delle due.
La ringrazio, spiegazione precisa e esauriente
Accedi a tutti gli appunti
Tutor AI: studia meglio e in meno tempo