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La curiosità del mese

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Più veloci della luce!

La curiosità del mese di marzo 2010 a cura di Gabriele Ghisellini


Fig. 1 - Lui sì che poteva viaggiare più veloce della luce! E perfino tornare indietro nel tempo!
Fig. 1 - Lui sì che poteva viaggiare più veloce della luce! E perfino tornare indietro nel tempo!

Non si può andare più veloci della luce, vero?
Vero, ma perché me lo chiedi? Ormai lo sanno tutti...
Perchè ho letto che esistono delle sorgenti cosmiche superluminali, che invece si muovono a velocità più grandi di quella della luce!
Altolà: sembrano muoversi più veloci della luce, che è un’altra cosa...
Spiegati meglio.
Va bene è una storia lunga ma cerco di farla breve...
Allora, è da qualche decennio che abbiamo imparato ad osservare il cielo con i radiotelescopi, e non con uno solo alla volta, ma addirittura con una schiera di paraboloni, distanti anche migliaia di km, tutti che guardano la stessa cosa.
E che vantaggio c’è?
Se facciamo così riusciamo a vedere dei dettagli incredibili. È come se potessimo distinguere, guardando da Milano, se uno a Palermo ha in mano una monetina da cinque centesimi di euro o una moneta da un euro. Mica male no? Adesso pensa a delle sorgenti lontane miliardi di anni luce. Riusciamo a distinguere dei particolari grandi poco più di un anno luce. Un anno luce sembra tanto, ma ti assicuro che per quelle distanze è un bel risultato!
E cosa c’entra con l’andare più veloci della luce?

Fig. 2 - Una mappa radio ad alta risoluzione (cioè che fa vedere dettagli molto piccoli della sorgente). Si vede il nucleo centrale - più blu in questa immagine - e una sequenza di macchioline più luminose tutte allimeate a formare un getto.
Fig. 2 - Una mappa radio ad alta risoluzione (cioè che fa vedere dettagli molto piccoli della sorgente). Si vede il nucleo centrale - più blu in questa immagine - e una sequenza di macchioline più luminose tutte allimeate a formare un getto.

Aspetta, adesso ci arrivo. Pensa adesso di fare delle mappe radio di queste sorgenti lontanissime, come delle fotografie. Pensa di farne una ogni anno, della stessa sorgente... Tu guardi la prima e noti una zona centrale molto brillante e poi delle macchie tutte allineate. Sembrano formare un getto, come quella che vedi in Fig. 1, che mostra appunto il getto di una di queste sorgenti. Adesso immagina che la "foto" che fai l’anno dopo non sia esattamente la stessa, ma mostri che le macchioline - che noi astronomi chiamiamo "blobs" - si siano spostate, verso l’esterno. E così quella che fai l’anno dopo ancora. E così via.
Le blobs sembrano essersi mosse lungo la stessa direzione, quella del getto. Un po’ come nella Fig. 2.

Fig. 3 - Una delle sorgenti superluminali più famose, 3C 279. Nelle sequenza di mappe radio si vedono delle macchioline (blobs) che si muovono. Sapendo la distanza che ci separa da questa sorgente, sappiamo anche quanta strada hanno fatto, in anni luce.
Fig. 3 - Una delle sorgenti superluminali più famose, 3C 279. Nelle sequenza di mappe radio si vedono delle macchioline ("blobs") che si muovono. Sapendo la distanza che ci separa da questa sorgente, sappiamo anche quanta strada hanno fatto, in anni luce.

Beh, ma saranno spostamenti minuscoli...
Cucù minuscoli! Sembrano minuscoli sullo schermo del tuo computer, ma prova a pensare: quella sorgente è a miliardi di anni luce da noi, e qualsiasi piccolo spostamento corrisponde a distanze enormi... Possiamo fare il conto. Guarda la copertina di Nature in Fig. 3: mostra quattro mappe radio, diciamo 4 foto, e ti fa vedere che nel luglio 1977 c’era una blob a 62 anni luce di distanza dal centro, mentre 3 anni dopo, nel luglio 1980, la blob era a 87 anni luce...

Fig. 4 - Una famosa copertina di Nature che presenta 4 mappe radio di una sorgente superluminale. Vengono indicate le distanze tra la blob e il nucleo centrale (in anni luce) e la data della mappa. Dato che in tre anni la blob si è spostata di 25 anni luce, sembra viaggiare a più di 8 volte la velocità della luce....
Fig. 4 - Una famosa copertina di Nature che presenta 4 mappe radio di una sorgente superluminale. Vengono indicate le distanze tra la blob e il nucleo centrale (in anni luce) e la data della mappa. Dato che in tre anni la blob si è spostata di 25 anni luce, sembra viaggiare a più di 8 volte la velocità della luce....

Aspetta, faccio il conto io: in tre anni si è quindi fatta 87-62.... ah, 25 anni luce, che fa 8.3 anni luce all’anno...
Non ti semba strano? in un anno la luce fa un anno luce, no? Invece la blob sembra muoversi più velocemente. E mica di poco: ha più di 8 volte la velocità della luce!
Ma non mi avevi detto che c’era il trucco? Fin qui sembra tutto regolare!
No, il trucco c’è. Pensa che il trucco è stato pensato perfino prima della scoperta...
È come se tu avessi scoperto il trucco di un prestigiatore prima che quello inventasse il numero da fare al suo spettacolo. Non è facilissimo da spiegare, però.
Devi prima di tutto pensare a quello che abbiamo fatto. Abbiamo fatto delle mappe radio e abbiamo diviso una distanza (25 anni luce) per un tempo (3 anni, il tempo tra la prima e l’ultima foto). Fin qui, niente di strano. Adesso però immagina che la blob si muova velocemente sì, ma un pochino meno della velocità della luce, e che si muova quasi esattamente nella nostra direzione. Attenzione, ho detto quasi esattamente, non proprio esattamente. Mi segui?
Comincio a fare fatica, perché non capisco dove vuoi arrivare...
Adesso arriva il bello. Però devo farti un disegnino (Fig. 5). Immagina che la blob si trovi nel punto A e quando passa di lì emette le sue onde radio che ci raggiungeranno -diciamo- nel 2000. La macchiolina va quasi alla velocità della luce, facciamo il 95 per cento.
10 anni dopo, si trova a passare dal punto B e lì manda il suo secondo impulso di onde radio. Queste onde, però, non ci raggiungono nel 2010, ma prima...
Ma no, ma se la blob le ha fatte 10 anni dopo...
Sì, ma queste devono fare meno strada per raggiungerci. Perche' nei dieci anni che sono passati, la blob si è mossa verso di noi, e ha fatto un bel po’ di strada... un po’ meno di 9 anni luce nella nostra direzione... Quindi le onde radio emesse 10 anni dopo devono fare circa nove anni luce in meno delle onde del primo impulso, e ci raggiungeranno nel 2001.
A noi sembrerà allora che sia passato poco più di un anno, mentre in realtà il secondo impulso è stato fatto 10 anni dopo. Cominci a capire?

Fig. 5 - Il moto superluminale si spiega abbastanza facilmente come un effetto apparente, che questo disegnino tenta di spiegare. Quando la blob passa per A, emette un primo impulso di onde radio. Supponiamo che la blob viaggi velocemente, ma un pizzico meno della velocità della luce. Immaginamo anche che si muova quasi esattamente verso di noi (C in figura). Dopo dieci anni dall’emissione del primo impulso, la blob arriva a B, dove emette un secondo impulso di onde radio. Il primo impulso intanto è arrivato a C. La distanza tra i due impulsi non è 10 anni luce, perché nel frattempo la blob si è mossa. Se la velocità della blob è quasi quella della luce, come nel disegno, la distanza è solo un anno luce. Quando facciamo la prima mappa radio, "vediamo" la sorgente in A. Quando, dopo un anno, facciamo la seconda mappa, la vediamo in B. Ci sembra che abbia fatto tanta strada in appena un anno (e che quindi sia molto veloce più della luce), ma in realtà, per la blob, di anni ne sono passati 10!
Fig. 5 - Il moto superluminale si spiega abbastanza facilmente come un effetto apparente, che questo disegnino tenta di spiegare. Quando la blob passa per A, emette un primo impulso di onde radio. Supponiamo che la blob viaggi velocemente, ma un pizzico meno della velocità della luce. Immaginamo anche che si muova quasi esattamente verso di noi (C in figura). Dopo dieci anni dall’emissione del primo impulso, la blob arriva a B, dove emette un secondo impulso di onde radio. Il primo impulso intanto è arrivato a C. La distanza tra i due impulsi non è 10 anni luce, perché nel frattempo la blob si è mossa. Se la velocità della blob è quasi quella della luce, come nel disegno, la distanza è solo un anno luce. Quando facciamo la prima mappa radio, "vediamo" la sorgente in A. Quando, dopo un anno, facciamo la seconda mappa, la vediamo in B. Ci sembra che abbia fatto tanta strada in appena un anno (e che quindi sia molto veloce, più della luce), ma in realtà, per la blob, di anni ne sono passati 10!

Quasi... Mi stai truccando il tempo.
Ma no, pensa che potrei farti la stesso esempio con un treno....
pensa ad un treno che vada al 90 per cento della velocità del suono (che è 330 metri al secondo, quindi il treno va a 300 metri al secondo). supponi che vada dritto, e di essere sui binari davanti al treno (ma molto distante, altrimenti ti spiaccica).
Adesso immagina che il manovratore faccia fischiare la sirena quando il suo orologio fa le 10.00 esatte, e poi una seconda volta 10 secondi dopo.
Tu che intervallo di tempo misurerai?
No, dai, qui mi fai un trucco e mi fai fare brutta figura. Mi rifiuto di rispondere...
Ma no, non c’è trucco non c’è inganno.
Hai che le onde sonore vanno a 330 m/s, e il treno va a 300 m/s.
Quindi, dopo 10 secondi, il fronte delle onde sonore (il primo fischio) sopravanza il treno di 300 metri [10 secondi per (330-300) m/s]. E parte il secondo fischio. Una volta partite, le onde sonore del secondo fischio hanno la stessa velocità delle onde sonore del primo fischio, e quindi i due "fischi" rimangono separati di 300 metri, e tutti e due viaggiano a 330 metri al secondo.... Quando senti il primo fischio, il secondo è solo 300 metri indietro, e arriverà in poco meno di un secondo...
Mi sono perso...
Riprenditi! Tutto l’ambaradan della faccenda è che noi misuriamo un tempo (il tempo tra le due mappe radio, il tempo tra i due fischi) e crediamo che quello sia anche il tempo passato tra le accensioni della blob o tra le due fischiate del treno.
Invece no... Se la blob (o il treno) va forte, allora è come se "rincorresse" la luce (o il suono) che emette, e la sua seconda emissione deve fare meno strada...
Quindi è il tempo di ricezione che è molto più breve di quello di emissione?
Bene hai capito tutto!

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