L'enigma della velocità della luce a senso unico

Se dovessi scegliere un'idea emblematica della fisica del XX secolo, un buon candidato sarebbe la costanza universale della velocità della luce. Quando Einstein ha proposto questa nozione nella teoria della relatività speciale, ha risolto il mistero di vecchia data del perché le misurazioni non mostrassero alcuna variazione nella velocità della luce con il movimento della Terra nello spazio.

Inaugurò anche l'idea dello spazio-tempo come entità singola. Questo porta direttamente alla derivazione delle leggi della fisica come simmetrie spazio-temporali, un processo che è stato cruciale sia per la relatività generale che per il modello standard della fisica delle particelle.

Quindi mettere in dubbio la costanza di 'c' significa suscitare polemiche. Eppure ci sono ragioni per pensare che dovremmo certamente indagare su questa ipotesi in modo più dettagliato utilizzando gli strumenti della fisica sperimentale, affermano Farid Ahmed e compagni della York University di Toronto in Canada. Oggi ci danno un'interessante rassegna dei vari modi in cui sono state effettuate le misurazioni.

Gli esperimenti per misurare la costanza della velocità della luce si dividono in due categorie, affermano Ahmed e co. Nella prima ci sono esperimenti come il famoso interferometro Michelson Morely che misura la velocità di andata e ritorno della luce lungo un circuito chiuso. Questa è essenzialmente la sua velocità media su una certa distanza e viceversa.

Nessuna variazione è mai stata trovata, ma questi esperimenti lasciano aperta la possibilità che la velocità della luce sia diversa per ogni tappa del viaggio. Quindi c'è un'altra categoria di esperimenti che tentano di misurare la velocità unidirezionale della luce.

Sorge subito una domanda interessante: come si misura la velocità della luce unidirezionale? Si scopre che ci sono vari metodi. Un'idea riguarda l'emissione e l'assorbimento di raggi gamma da parte di certi tipi di atomi in un solido. Il processo di assorbimento è molto sensibile all'energia dei raggi gamma. Quindi, se la velocità della luce (e quindi la sua energia) varia con la direzione, allora anche il tasso di assorbimento dovrebbe cambiare.

Negli anni '60 e '70, vari fisici hanno cercato una dipendenza direzionale posizionando un emettitore di raggi gamma sul bordo di un disco rotante e un assorbitore al centro. Hanno quindi cercato eventuali differenze nella velocità di assorbimento durante la rotazione del disco, ma non ne hanno trovata alcuna.

Né i fisici che usano altre tecniche hanno trovato alcuna variazione. (Il controverso bulgaro Stefan Marinov ha affermato di aver trovato prove di una variazione nella velocità della luce unidirezionale, ma le sue affermazioni non sono considerate valide dalla maggior parte dei fisici tradizionali.)

Ahmed e colleghi affermano che questi esperimenti devono essere perfezionati e migliorati e stanno lavorando sulla propria misurazione della velocità della luce unidirezionale.

Il lavoro può avere conseguenze importanti. Ahmed e colleghi sottolineano che la teoria delle stringhe prevede una violazione della costanza della velocità della luce, così come un'altra idea che propone che una velocità variabile della luce risolverebbe vari problemi in cosmologia.

E l'unico modo per scoprirlo è misurare, un obiettivo nobile da qualsiasi punto di vista. Rif: arxiv.org/abs/1011.1318 : Una rassegna di esperimenti unidirezionali e bidirezionali per testare l'isotropia della velocità della luce nascondere