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Come misurare la velocità della luce

     
    Come è stata misurata le velocità della luce?
    Domanda molto interessante. All'inizio del XVII secolo, molti scienziati erano convinti che non esistesse una cosa come "la velocità della luce"; pensavano che la luce potesse percorrere qualsiasi distanza senza impiegare tempo. Galileo non era d'accordo, e ideò un esperimento per misurare la velocità della luce: insieme ad un assistente, presero una lanterna schermata e andarono sulla cima di due colline che distavano un miglio. Galileo scoprì la sua lanterna, e l'assistente, non appena vide la luce, scoprì a sua volta la lanterna. Galileo avrebbe quindi dovuto misurare il tempo necessario per vedere la luce dall'altra collina. 
    A quel punto, dividendo la distanza per il tempo, si sarebbe potuta ottenere la velocità della luce. E funzionò? No. Il problema è che la velocità della luce è semplicemente troppo grande per poter essere misurata così; per percorrere un miglio, la luce impiega un tempo così piccolo (circa 0.000005 secondi) che non poteva certo venire misurato dagli strumenti di cui disponeva Galileo. 
    Quindi, c'è bisogno di una distanza molto più grande, milioni di kilometri, sulla quale far viaggiare la luce. Come si fa a mettere in piedi un esperimento come questo? 
    Negli anni intorno al 1670, l'astronomo danese Ole Roemer stava compiendo osservazioni estremamente precise della luna di Giove Io. La macchiolina nera è l'ombra di Io. Io compie un'orbita completa intorno a Giove in 1.76 giorni; il tempo impiegato per orbitare intorno a Giove è sempre lo stesso, dunque Roemer si aspettava di poter predire il suo moto con buona precisione. Con suo gran stupore, scoprì che la luna non era sempre dove ci si aspettava che fosse. In certi periodi dell'anno sembrava essere in ritardo, in altri, sembava anticipare.  Un'immagine di Giove, del suo satellite Io e dell'ombra di Io presa dal Telescopio Spaziale Hubble. 
    Molto strano. Perchè mai Io dovrebbe orbitare più velocemente in certi periodi e più lentamente in altri?
    Questo è esattamente quello che si chiese Roemer, e nessuno sembrava avere una risposta plausibile. Roemer noto però che Io sembrava essere avanti rispetto all'orbita prevista quando la terra era più vicina a giove, e indietro quando la terra era più lontana...
    Tutto questo deve avere a che fare con la velocità della luce, ma non riesco proprio a capire come.
    Prova a pensare: se la luce non si muove a velocità infinita, allora deve impiegare un certo tempo per andare da Giove alla Terra. Supponiamo che ci impieghi un'ora. In questo caso, quando si osserva Giove con un telescopio, ciò che si sta in realtà osservando è luce che è partita un'ora prima -- si sta quindi osservando Giove e le sue lune come apparivano un'ora prima.
    Aspetta un attimo -- credo di capire dove vuoi arrivare. Quando Giove è più lontano, la luce ci mette ancora di più per arrivare, perciò Roemer vedeva Io come si trovava in un tempo ancora precedente del solito -- ad esempio un'ora e un quarto invece di un'ora. L'opposto succedeva quando la Terra e Giove sono più vicini del solito. Quindi, Io in realtà non cambiava la sua orbita; sembrava solo essere in luoghi diversi a seconda di quanto tempo ci metteva la luce per arrivare qui. 
    Molto bene! Ora, sapendo di quanto sembrava variare l'orbita di Io e di quanto varia la distanza fra la Terra e il Sole, Roemer fu in grado di calcolare la velocità della luce. Il suo calcolo diede il valore di 186,000 miglia al secondo, o 300,000 chilometri al secondo.

    Negli anni che seguirono, con lo sviluppo di migliori tecniche e strumenti, molte altre persone furono in grado di calcolare la velocità della luce più accuratamente. Con le risorse della tecnologia odierna, possiamo misurarla con una precisione incredibilmente alta. Per esempio, alcuni astronauti hanno attaccato uno specchio ad una roccia sulla Luna; dalla Terra, gli scienziati inviano un raggio laser verso lo specchio e misurano il tempo di viaggio dell'impulso laser -- circa 2 secondi e mezzo per il viaggio di andata e ritorno. (L'idea che sta dietro a questo esperimento non è molto differente da quella di Galileo, se ci pensi …) E tutti coloro che misurano la velocità della luce, in ogni momento, con qualsiasi metodo, ottengono lo stesso risultato: poco meno di 300.000 km al secondo.
    Anche gli altri tipi di radiazione elettromagnetica, come le radioonde o le microonde, dovrebbero viaggiare alla stessa velocità della luce. E' mai stata misurata la loro velocità ?
    Sì; nel 1888, più di 200 anni dopo le osservazioni di Roemer, Heinrich Hertz, generò in laboratorio onde elettromagnetiche. Misurò la loro velocità e ottenne il solito numero, 300.000 km al secondo -- una importante prova a favore del fatto che la luce e la radiazione elettromagnetica sono la stessa cosa. 

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