Iperspazio

La (non) costanza della velocità della luce

La velocità della luce, indicata col simbolo “c”, è una delle ben note costanti della natura. Tuttavia, in alcune teorie cosmologiche alternative, la velocità della luce non è in realtà costante bensì essa varia nel tempo e nello spazio. I dati osservativi a favore di questa ipotesi mancano, ma in un nuovo articolo apparso su Physical Review Letters, alcuni fisici hanno proposto un metodo per porre dei limiti alla variazione di c e mostrano come i futuri esperimenti potrebbero essere in grado di misurare eventuali cambiamenti, se certamente saranno abbastanza grandi da essere rivelati.

Quando i dati raccolti dalle prossime missioni saranno disponibili,  il nostro modello sarà in grado di rivelare una variazione dell’1 percento nel valore della velocità della luce, nel caso peggiore, e fino allo 0,1 percento nel caso migliore“,  spiega Vincenzo Salzano dell’Università di Szczecin in Polonia. “La novità principale del nostro metodo si basa sulla misura diretta della velocità della luce al livello cosmologico, con un minimo numero di assunzioni che riguardano la parte dinamica dell’Universo. Altri metodi, anche se danno dei limiti leggermente migliori, possono solamente verificare metodi indiretti e assumere che il valore della velocità della luce sia uno dei tanti parametri cosmologiche da essere determinato“. Questo approccio prende in considerazione le cosiddette oscillazioni acustiche barioniche, assieme ad una relazione matematica. Le oscillazioni acustiche barioniche si riferiscono al grado di aggregazione della materia barionica da cui sono emerse le strutture cosmiche su larga scala, come le galassie. Per misurare quanto è distante un oggetto nello spazio, gli scienziati devono tener conto del suo redshift cosmologico a causa dell’espansione dell’Universo. Per far questo, viene utilizzata la cosiddetta distanza di diametro angolare,  che aumenta con il redshift, ma fino a un certo punto che gli autori chiamano “redshift massimo”, cioè quando esso poi inizia a diminuire. L’esatto valore di questo parametro non è noto poiché dipende dal modello cosmologico,  anche se si ritiene sia un valore compreso tra 1,4 e 1,8. Inoltre, gli autori hanno preso in considerazione una relazione matematica: al valore massimo del redshift, la distanza di diametro angolare (DA) e la legge di Hubble (H) danno il valore della velocità della luce c secondo la relazione DA(zM)H(zM) = c(zM). “Il parametro DA è una sorta di ‘righello cosmico’ mentre l’inverso di H rappresenta una sorta di ‘orologio cosmico’. Perciò il loro rapporto fornisce il valore della velocità della luce al massimo redshift“,  dice Salzano. Utilizzando i dati osservativi della distanza di diametro angolare e la legge di Hubble, i ricercatori sono stati in grado di calcolare un valore per il redshift massimo inferiore a 1,6. Questo valore può essere utilizzato per valutare la suddetta relazione e stimare qualsiasi variazione possibile nel valore di c, se esiste. Con le prossime missioni spaziali, quali Euclid dell’ESA il cui lancio è previsto nel 2020, si potrebbe determinare secondo gli autori una eventuale variazione della velocità della luce. Secondo i ricercatori, Euclid sarà capace di determinare delle variazioni dell’ordine dell’1 percento, o forse maggiori, con una ragionevole accuratezza, anche se variazioni più piccole saranno alquanto difficili da misurare. “Certamente ci aspettiamo dei risultati: se saranno positivi allora sarà rivelata una variazione di c; se saranno negativi, in tal caso sarà confermata la costanza della velocità della luce,  un risultato che sarà ugualmente importante per capire come funziona il nostra Universo e verificare la validità della teoria di Einstein“, dice Salzano. È anche vero che se mai dovessimo misurare delle variazioni nella velocità della luce,  ciò potrebbe avere delle conseguenze interessanti. “Se davvero la velocità della luce è stata diversa dall’attuale valore nel passato remoto, ciò potrebbe implicare delle conseguenze importanti per l’evoluzione futura dell’Universo. Forse, ciò proverebbe il fatto che potrebbero esistere alcune altre regioni dello spazio o persino altri universi con differenti leggi fisiche (quelli in cui ad esempio i segnali delle trasmissioni della TV,  della radio o dei telefonini si propagano più lentamente rispetto a quelli terrestri). Insomma,  se la velocità della luce fosse più grande, potremmo essere in grado di vedere uno spazio maggiore del nostro Universo e viceversa“,  conclude Salzano.

Phys.org: Physicists propose method to measure variations in the speed of light
arXiv: Measuring the speed of light with Baryon Acoustic Oscillations