Vorrei sapere se la velocità di propagazione dei segnali elettrici lungo una linea in rame piuttosto che quella di segnali luminosi su una fibra ottica (con quindi il limite teorico della velocità della luce) o altro supporto di trasmissione rappresenta un limite reale alla velocità con cui possono essere scambiati i dati, o se prima di tale limite esistono impedimenti di altra natura.
Nel caso in cui il limite sia la velocità della luce, quanto ancora potremo migliorare nelle trasmissioni rispetto allo stato attuale? Cosa succederebbe se due sistemi fra loro comunicanti fossero a distanze di livello planetario o interstellare?
Grazie
Gilberto Rontini
I segnali che si propagano in un cavo o in una fibra ottica viaggiano ad una velocità in genere inferiore a quella della luce, ma comunque confrontabile con questa. In una fibra ottica il segnale si propaga alla velocità della luce nel vetro, circa il 40% di quella nel vuoto, in un cavo la velocità effettiva è tipicamente pari a 2/3 di quella della luce.
Il rallentamento è dovuto al fatto che i campi elettrici che trasportano il segnale polarizzano (deformano) gli atomi dell'isolante, e muovono fisicamente gli elettroni, che hanno una loro inerzia, per quanto piccola.
Esistono dunque problemi che impediscono a un'informazione di raggiungere la velocità della luce, ma nella pratica si arriva comunque molto vicino a questo valore; è possibile aumentare la velocità dei segnali nei cavi, in fibra o in rame, avvicinandola a quella della luce, utilizzando isolanti particolari a bassa densità, o cavi che impiegano aria o vuoto come isolante. Il guadagno è comunque piccolo, mentre i costi sono elevati.
La velocità della luce rappresenta il limite a cui qualsiasi perturbazione elettromagnetica può muoversi, la luce è solo un caso particolare. Anche se esistono dei meccanismi per cui alcuni tipi di onde elettromagnetiche possono spostarsi a velocità maggiori, fino ad oggi non ne è stato individuato nessuno in cui la perturbazione trasporti effettivamente anche un'informazione (un dato). Ad esempio la velocità con cui si muove un'onda radio dentro una guida cava è maggiore di quella della luce, ma se la si modula (ad es. accendendo e spegnendo il trasmettitore ed usando un codice Morse) gli impulsi si spostano a velocità inferiore a quella della luce.
Nella vita di tutti i giorni la velocità della luce è abbastanza alta da non creare problemi. Nei collegamenti telefonici via satellite il percorso di un segnale è abbastanza lungo (72 mila km) da creare un ritardo apprezzabile in una conversazione, circa mezzo secondo tra la fine di una frase e l'arrivo della risposta.
Oggi la maggior parte delle comunicazioni telefoniche intercontinentali viaggiano su cavo sottomarino, per cui questo effetto di solito non si nota, ma una ventina di anni fa era piuttosto comune.
Un'astronave posta sulla Luna riceve i segnali dalla Terra con un secondo di ritardo, e quindi le conversazioni con gli astronauti delle missioni Apollo avevano pause di due secondi tra le frasi, molto evidenti. Nelle comunicazioni con le sonde interplanetarie, i ritardi si misurano in minuti, od ore. Per la sonda Cassini, in orbita attorno a Saturno, il ritardo tra la trasmissionedi un comando e la ricezione dei dati è di circa due ore e mezza, e quindi alcuni esperimenti (come la discesa della sonda Huygens sulla sua luna Cassini) sono stati completamente automatizzati, non potendo materialmente essere controllati da terra.
Quando la sonda Voyager ha fotografto il sistema planetario di Nettuno, i comandi da terra sono stati trasmessi da una stazione di telecomunicazione posta in California, e i risultati, otto ore dopo, ricevuti da un'altra stazione, in Australia.
Il limite di velocità dei segnali, che non possono superare quella della luce, ha quindi conseguenze pratiche molto importanti.
Nel caso limite di comunicazioni interstellari gli effetti sarebbero drammatici, qualsiasi comunicazione con i nostri vicini stellari richiederebbe decenni prima di ottenere una risposta.
Nella pratica questo limiterebbe in modo molto forte qualsiasi forma di "governo interstellare", e anche le dimensioni di una ipotetica civiltà interstellare.
Secondo la relatività ristretta un'informazione non può superare la velocità della luce per come è fatto lo spazio in cui viviamo. La velocità della luce è una sorta di "velocità infinita", la velocità che si ottiene spingendo con una certa energia qualcosa che non ha massa, che non oppone resistenza all'accelerazione. La relatività ristretta ci dice anche che se fosse possibile, in qualsiasi modo, superare la velocità della luce, questo consentirebbe di trasmettere informazione nel nostro passato.
Superare la velocità della luce significa quindi violare il principio che la causa debba precedere sempre l'effetto, e permette una qualche forma di viaggi nel tempo. Sono stati propsti vari meccanismi per aggirare queste limitazioni.
Già la relatività generale permette meccanismi (in linea per ora solamente ipotetica, non sappiamo se possibili nel nostro universo) per creare una sorta di scorciatoie, percorsi alternativi a quelli dello spazio "normale" che risultano notevolmente più corti, e quindi percorribili in un tempo minore.
La velocità della luce non viene mai superata, ma la strada percorsa (attraverso ad esempio una sorta di "tunnel spaziale") è più breve.
La meccanica quantistica prevede effetti che si muovono a velocità istantanea. Se due particelle sono state prodotte in un processo che "lega" le loro proprietà, una misura su una delle due condiziona il risultato di una misura sull'altra. Nella pratica, l'effetto si vede solo confrontando le due misure, e quindi non è possibile utilizzarlo per trasmettere informazione.
In altre parole, anche se i risultati delle misure sulla seconda particella dipendono da quelle effettuate sulla prima, chi effettua misure su una sola particella non vede che risultati casuali. Non è stato finora scoperto nessun meccanismo che sfutti questa possibilità per trasportare effettivamente informazione, e non sappiamo neppure se questo sia possibile in teoria.