La relatività ristretta è una delle teorie più fortemente convalidate l'umanità abbia mai escogitato. È fondamentale per tutto, dai viaggi nello spazio e dal GPS alla nostra rete elettrica. Centrale per la relatività è il fatto che la velocità della luce nel vuoto è una costante assoluta. Il problema è che questo fatto non è mai stato dimostrato.
Quando Einstein propose la teoria della relatività, era per spiegare perché la luce avesse sempre la stessa velocità. Alla fine del 1800 si pensava che, poiché la luce viaggia come un'onda, dovesse essere trasportata da una sorta di materiale invisibile noto come etere luminifero. Il ragionamento era che le onde richiedono un mezzo, come il suono nell'aria o le onde dell'acqua nell'acqua. Ma se l'etere esiste, allora la velocità della luce osservata deve cambiare mentre la Terra si muove attraverso l'etere. Ma le misurazioni per osservare la deriva dell'etere sono risultate nulle. La velocità della luce sembrava essere costante.
Einstein scoprì che il problema stava nell'assumere che spazio e tempo fossero assoluti e che la velocità della luce potesse variare. Se invece assumevi che la velocità della luce fosse assoluta, spazio e tempo devono essere influenzati dal moto relativo. È un'idea radicale, ma è supportata da ogni misurazione della velocità costante della luce.
Come misurare la velocità della luce di andata e ritorno. Credito: utente di Wikipedia Krishnavedala
Ma diversi fisici hanno sottolineato che mentre la relativitàassumela velocità della luce nel vuoto è una costante universale, mostra anche che la velocità non può mai essere misurata. In particolare, relatività ti vieta di misurare il tempo impiegato dalla luce per viaggiare dal punto A al punto B. Per misurare la velocità della luce in una direzione, avresti bisogno di un cronometro sincronizzato a ciascuna estremità, ma il movimento relativo influisce sulla velocità dei tuoi orologi rispetto alla velocità della luce. Non puoi sincronizzarli senza conoscere la velocità della luce, che non puoi conoscere senza misurare. Quello che puoi fare è usare un singolo cronometro per misurare il tempo di andata e ritorno da A a B fino ad A, e questo è ciò che fa ogni misurazione della velocità della luce.
Poiché tutte le misurazioni della velocità della luce di andata e ritorno danno un risultato costante, potresti immaginare di dividere il tempo per due e chiamarlo un giorno. Questo è esattamente ciò che fece Einstein. Luipresuntoil tempo andata e ritorno era lo stesso. I nostri esperimenti sono d'accordo con questa ipotesi, ma sono anche d'accordo con l'idea che la velocità della luce che viene verso di noi è dieci volte più veloce della sua velocità che si allontana da noi. La luce non deve avere una velocità costante in tutte le direzioni, deve solo avere una velocità 'media' costante di andata e ritorno. La relatività è ancora valida se la velocità della luce è anisotropa.
Un universo di Milne con luce anisotropa sembrerebbe uniforme. Credito: utente di Wikipedia BenRG
Se la velocità della luce varia con la sua direzione di movimento, allora vedremmo l'universo in un modo diverso. Quando osserviamo le galassie lontane, guardiamo indietro nel tempo perché la luce impiega tempo per raggiungerci. Se la luce lontana ci raggiungesse rapidamente in qualche direzione, vedremmo l'universo in quella direzione come più vecchio e più espanso. La luce più veloce ci raggiunge, meno 'indietro nel tempo' vedremmo. Dal momento che osserviamo un cosmo uniforme in tutte le direzioni, sicuramente ciò mostra che la velocità della luce è costante.
Beh, non proprio, come mostra un nuovo studio. Si scopre che se la velocità della luce varia con la direzione, anche la contrazione della lunghezza e la dilatazione del tempo. Il team ha considerato gli effetti della luce anisotropa su un semplice modello relativistico noto come universo di Milne. È fondamentalmente un universo giocattolo simile nella struttura all'osservazione, ma senza tutta la materia e l'energia. Hanno scoperto che l'anisotropo della luce causerebbe effetti di relatività anisotropa nella dilatazione del tempo e nell'espansione cosmica. Questi effetti annullerebbero gli aspetti osservabili di una velocità della luce variabile. In altre parole, anche se l'universo fosse anisotropo a causa della variata velocità della luce, apparirebbe comunque omogeneo.
Quindi sembra che nemmeno la semplice cosmologia sia in grado di dimostrare l'assunzione di Einstein sulla velocità della luce. A volte le idee più basilari della scienza sono le più difficili da dimostrare.
Riferimento:Lewis, Geraint F. e Luke A. Barnes. “ La velocità unidirezionale della luce e l'universo di Milne. 'arXiv prestampaarXiv: 2012.12037 (2020).
