Caro Jacopo,

Chiedi cosa succede se accendi i fari quando, se mai fosse possibile, tu viaggiassi su una macchina che va alla velocità della luce.

Intanto vediamo come si svolge il tuo viaggio, perché di solito i fari si accendono per due motivi. Di giorno si accendono per farsi vedere meglio dagli altri automobilisti e dalle persone (o animali) che per caso fossero sulla strada. Di notte questi motivi diventano ancora più importanti, ma accendiamo i fari anche per vedere ciò che c’è davanti a noi, per non rischiare di andare a sbatterci contro.

Per capire se andando alla velocità della luce riusciremmo ancora a farci vedere abbastanza bene dagli altri, devi sapere che la gente (e gli animali) vedono la tua macchina solo se la luce che da essa proviene arriva nei loro occhi. Il problema è che per non fare imprudenze, per esempio per capire se può attraversare una strada senza pericolo, il pedone deve avere un tempo sufficientemente lungo tra il momento in cui ti vede e il momento in cui comincia ad attraversare. Con l’esperienza gli umani e (forse) gli animali riescono a stimare abbastanza bene quanto tempo hanno prima che la macchina arrivi, e a comportarsi in modo giudizioso.

Ma se la tua macchina viaggiasse alla velocità della luce questo sarebbe impossibile! La macchina e la luce che essa manda arriverebbero al pedone esattamente nello stesso istante e il poveretto non potrebbe accorgersi di nulla. In un gran botto improvviso la macchina lo travolgerebbe.

Potresti pensare che il guidatore dell’automobile, con un po’ di buonsenso, possa tentare di frenare vedendo il malcapitato, che almeno di giorno è abbastanza bene illuminato dal sole. Ma a parte il fatto che viaggiando a quella velocità vedremmo tutte le cose che ci circondano in modo molto molto strano e diverso dal solito, pensa a cosa succederebbe di notte.

Di notte la luce dei fari illumina le cose che stanno davanti all’automobile, e in una situazione normale il guidatore le vede perché le cose riflettono la luce verso di lui. Basta un tempo brevissimo al guidatore per ricevere l’informazione che gli serve per capire come deve comportarsi, un tempo uguale all’andata e ritorno della luce (che va molto in fretta: nell’aria fa 300.000 km in un secondo!). Ma se viaggiasse alla velocità della luce, la luce non avrebbe il tempo di riflettersi sugli ostacoli e tornare indietro! La macchina e la luce arriverebbero sugli ostacoli nello stesso istante e presto o tardi, a meno di viaggiare negli spazi interstellari, l’automobile si schianterebbe.

In tutto questo discorso manca ancora una cosa. Ancor prima di arrivare a viaggiare alla velocità della luce (ma comunque andando già ad altissima velocità), anche accendendo i fari sarebbe difficile per il guidatore percepire la luce riflessa verso di lui dagli oggetti che gli sono davanti; e superata una certa velocità non la vedrebbe proprio per nulla. Infatti, correndo incontro alla luce che gli viene riflessa con una velocità sufficiente, i suoi occhi la vedrebbero con un altro colore; e aumentando ancora la velocità la luce smetterebbe di essere visibile.

Questo succede perché la luce si comporta come un susseguirsi regolare nel tempo di onde e il colore che noi percepiamo dipende dal tempo che passa  tra l’arrivo di una cresta e l’arrivo della cresta seguente (quando da grande studierai queste cose parlerai di frequenza, ma per ora preferisco parlare di tempo). Se corriamo incontro alla luce riflessa questo tempo si accorcia, proprio come succede con le onde del mare quando con una barca a motore vai loro incontro (lo hai mai fatto?). I nostri occhi non sono attrezzati per cogliere onde troppo fitte e ad un certo punto, quando i tempi tra una cresta e l’altra diventano uguali a quelli della luce ultravioletta, non le vediamo più.

La stessa cosa succederebbe anche al pedone che aspetta sul ciglio della strada. Quanto più la macchina è veloce, tanto più va avanti tra una cresta e l’altra e tanto più le creste dell’onda luminosa emessa dai fari diventano fitte. Quando il tempo tra una cresta e l’altra diventa sufficientemente breve la luce diventa ultravioletta anche per il pedone, che per questo motivo non può più vederla.

Puoi capire come questo succede guardando la figura. La velocità della luce, che è sempre uguale in tutti i casi, è rappresentata dalla freccia rossa e la velocità della macchina è rappresentata dalla freccia blu.

La velocità della luce è sempre la stessa, indipendentemente da come si muove la sorgente di luce.

La teoria della relatività nasce proprio da questo fatto che è stato dimostrato da un importante esperimento fatto da due scienziati, che si chiamavano Michelson e Morley, alla fine dell'Ottocento, circa 120 anni fa.

Michelson e Morley misurarono la velocità della luce quando la luce si muoveva nella stessa direzione in cui si muove la Terra, e nella direzione opposta. Con grande sorpresa di tutti scoprirono che la velocità era sempre la stessa, cioè non aumentava se si misurava nella stessa direzione del moto della Terra e non diminuiva se si misurava nella direzione opposta.

Questo significa che la luce della macchina non viene modificata dalla velocità della macchina stessa, e se un altro osservatore guarda la macchina con le luci accese misurerà sempre la stessa velocità della luce.