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Vilucitati dâ luci
'N nu mezzu
'N nu mezzu, a luci di solitu nun viaggia a na vilucitati uguali a c; oltretuttu, divìersi tipi di unni luminusi ponnu viaggiari a vilucitati diffìrenti. A vilucitati a cui sinculi cimi e nfussamenti di na unna chiana (na unna ca jìnchi l'interu spazziu, cu na sula friquenza) si prupaganu eni chiamata vilucitati di fasi vp. Nu signali fisicu effettivu cu na estinsiuni finuta (nu mpulsu di luci) viaggia a na vilucitati divìersa. A maggiuri parti di l'impulsu viaggia â vilucitati di ruppu vg, e la sô parti cchìu vecchia viaggia â vilucitati antiriuri vf.
Osservazioni e spìrimenti cchìu viluci dâ luci
Ci sunnu situazzioni 'n cui pô pariri câ materia, l'enirgìa o li nfurmazzioni putissiru viaggiari a vilucitati supiriuri a c, ma 'n rialtati nun succèri. Pî esempiu, a vilucitati di fasi dî raggi X attraversu a maggìuri parti di li ucchiali poni normalmenti supirari c, ma a vilucitati di fasi nun determina a vilucitati cu cui li unni trasmettinu nfurmazziuni.
Diffusioni dâ luci
Nnâ fìsica classica, a luci eni discritta comu nu tipu di unna elettrumagnetica. U cumpurtamentu classicu dû campu elettrumagneticu eni discrittu nnê l'iquazzioni di Maxwell, ca anticipanu ca a vilucitati c cu cui li unni elettrumagnetiche (comu a luci) s'allarganu attraversu u vacanti eni currìlata â custanti dielettrica dû vacanti ε0 e la permeabilitati magnetica μ0 da l'iquazzioni:
Osservazioni e spìrimenti cchìu viluci dâ luci
Nnê mudelli di l'universu 'n espansiuni, chìossai i galassi sunnu luntani l'una da l'avutra, cchìu vilucimenti s'alluntananu. Chistu alluntanamentu nun eni duvutu ô muvimentu attraversu u spazziu, ma cchìuttostu a l'espansiuni dû spazziu stissu. Pî esempiu, i galassi luntani dâ Terra parinu alluntanarisi cu na vilucitati pruporzzionali nta iddi distanzi. Oltri nu cunfini chimatu vulumi di Hubble, a vilucitati cu ccui acchiana a loru distanza dâ Terra addìventa maggiuri dâ vilucitati dâ luci.
Unitati astrunòmica
Prìcirentimenti, u cuntrariu di c espressu 'n secunni pî unitati astrunòmica eni statu misuratu cunfruntannu u tempu pû signali radiu pî raggiungiri divìersi veiculi spazziali nto sistema sulari, cu la loru pusizzioni calculata da li effetti gravitazzionali dû Suli e di vari pianeti. Cummìnannu assai di chisti misuri, eni pussibbili aviri nu valuri ottimali pû tempu di luci pî unitati di distanza. Pî esempiu, nto 2009, a migghìuri stima, appruvata da l'International Astronomical Union, jera di:
Primi tintativi di misura
Nto 1704 u fisicu e astrònumu ngrisi Isaac Newton pubbrìcò Opticks, nu trattatu scintificu dunni arrìpurtava i calculi di Rømer ncapu a vilucitati finuta dâ luci e retti nu valuri di "setti o ottu minuti" pû tempu ca ci metti a luci pî viaggiari dô Suli â Terra (u valuri mudernu eni di 8 minuti e 19 secunni). Newton s'addùmannò si li ùmmiri di ecclissi di Rømer fussìru culurati; sintennu ca nun lu eranu, cunclusi ca i divìersi culuri viaggiavanu â stissa vilucitati. Nto 1729 l'astrònumu ngrisi James Bradley scuprìu l'aberrazzioni dâ luci, da chistu effettu avi stabbilitu câ luci avi a viaggiari 10.210 voti cchìu vilucimenti dâ Terra nnâ sô orbita (a cifra muderna eni 10.066 voti cchìu viluci) o, ugualmenti, ca ci vulissiru 8 minuti e 12 secunni pî viaggiari dô Suli â Terra.
Ruolo funnamintali 'n fìsica
A rilativitati spiciali avi assai mplicazzioni cuntrari e spirimentalmenti virificati. Chisti cumprennìnu a currìspunnenza di enirgìa e massa (E=mc²), a cuntrazzioni dî lunchizzi (li uggetti 'n muvimenti si accurzanu), e la dilatazzioni dû tempu (î rulòggi 'n muvimenti si movinu cchìu lentamenti). U fatturi γ cu cui i lunchizzi e li tempi si dilatanu eni famusu comu u fatturi di Lorentz ed eni datu da γ = (1-v2/c2)-1/2, dunni v eni a vilucitati dî l'uggettu. A diffìrenza di γ da 1 eni nsignificanti pî vilucitati assai cchìu lenti di c, comu a granni parti dî vilucitati ca pruvammu ogni jornu nnâ Terra -nto quali casu a rilativitati spiciali eni assai vicinu a rilativitati galileiana - ma acchìana a vilucitati rilativistiche e s'alluntana a l'infinitu quannu v si avvicina a c. Pî esempiu, nu fatturi di dilatazzioni tempurali di γ = 2 si verifica a na vilucitati rilativa di l'86,6% dâ vilucitati dâ luci (v = .866 c). Ugualmenti, nu fatturi di dilatazzioni temporali di γ = 10 si verifica in v = 99,5% ''c '.
Unitati astrunòmica
Na unitati astrunòmica (sìmmulu UA) eni circa a distanza media ca sìpara u Suli dâ Terra. Tali unitati di misura eni stata ridefinuta nto 2012 cû valuri esattu di 149 597 870 700 m. 'N prìcirenza chista unitati nun era basata nto Sistema 'ntirnazziunali di unitati di misura, ma 'n termini di forza gravitazziunali esercitata dô Suli nto campu dâ mìccanica classica, mentri a sô dìfinizzioni currenti usa u valuri cunsigghìatu 'n metri pâ prìcirenti dìfinizzioni di l'unitati astrunòmica, ca eni stata determinata dâ misurazzioni. Chista definizzioni eni sumigghìanti a chidda dû misuraturi, e nnô stissu modu avi l'effettu di fissari a vilucitati dâ luci a nu valuri esattu 'n unitati astrunòmiche ô secunnu (tramiti l'esatta vilucitati dâ luci 'n metri ô secunnu).
Lijamenti cu l'elettrumagnitismu
L'annu doppu u fisicu e matimàticu tidiscu Gustav Kirchhoff calculoni ca nu signali elettricu 'n nu filu viaggia loncu u filu stissu a chista vilucitati. , mentri nnê primi anni dû 1860 James Clerk Maxwell addìmustrava ca, secunnu a tiuria di l'elettrumagnitismu su cui stava travagghìannu, li unni elettrumagnetiche si allargavanu nto spazziu vacanti. a na vilucitati uguali ô rapportu Weber/Kohrausch, e attìrannu l'attinzioni ncapu a vicinanza nùmmerica di chistu valuri â vilucitati dâ luci, misurata da Fizeau, cunsigghìoni câ luci fussi 'n rialtati na unna elettrumagnetica.
Effetti pratici di c
A vilucitati dâ luci eni mpurtanti pî lu sitturi dî telecumunicazzioni: u round Trip Time di annata e ritornu eni maggiuri di zeru. Chistu vali pî scali di misura sia nichi ca astrunomiche. D'altra parti, alcuni tecniche dipennìnu dâ vilucitati finuta dâ luci, comu pî esempiu u campu di misurazzioni dâ distanza.
Scali nichi
Nnê supercomputer, a vilucitati dâ luci ordina nu limiti â vilucitati cu cui i dati ponnu essìri nviati tra li prucissura. Se nu prucissura funziona a 1 gigahertz, nu signali poni viaggiari sulu pî nu massimu di circa 30 cm 'n nu sinculu ciclu. I prucissura hannu a essìri pusizziunati l'unu vicinu a l'avutru pî arrìdurri ô minimu i latenzi di cumunicazzioni; chistu poni causari difficultati cu lu raffriddamentu. Si li friquenzi di clock cuntinuano ad aumintari, a vilucitati dâ luci addìventa nu fatturi limitanti pî la prugettazzioni nterna di sinculi chip.
Difiniri a vilucitati dâ luci comu na custanti esplicita
Nto 2011, u Conférence générale des poids et mesures havi dichiaratu a sô ntinzioni di ridifiniri tutti e setti li unitati basi dû SI usannu chidda ca difinisci "a furmulazzioni a custanti esplicita", dunni ogni "unitati eni difinita ndirettamenti spicificannu esplicitamenti nu valuri esattu pî na custanti funnamintali beni arrìcanusciuta", comu eni statu fattu pâ vilucitati dâ luci. Havi puru suggìritu na nova, ma cumpretamenti uguali, furmulazzioni dâ difinizzioni dû metru: "U metru, sìmmulu m, eni la unitati di lunchizza, a sô grannizza eni mpustata fissannu u valuri nùmmericu dâ vilucitati dâ luce nto vacanti pî essìri esattamenti uguali a 299 792 458 quannu eni prununciata nnâ l'unitati SI m s−1.
Granni distanti nnâ Terra
Vistu câ circunfirenza iquaturiali tirrestri eni di circa 40 075 km e câ vilucitati di c eni di circa 300 000 km/s, u tempu tiuricanenti cchìu curtu pî nu pezzu di nfurmazzioni di cummighìari mitati dâ Terra loncu a supirficii eni di circa 67 millisecunnu. Quannu a luci viaggia ntornu â Terra 'n na fibbra ottica, u tempu di transitu effettivu eni cchìu loncu, 'n parti picchì a vilucitati dâ luci eni cchìu lenta dû 35% circa nnê fibbri ottiche, a secunna di l'innìci di rifrazzioni (u valuri tipicu pî l'innìci di rifrazzioni dâ fibbra ottica eni cumpresu tra 1.518 e 1.538). Oltretuttu, i linii retti sunnu assai rari 'n situazioni di cumunicazzioni tirrestri, quinni vennu crìati ritardi quannu u signali passa attraversu nu ntirrutturi elettronicu o nu riginiraturi di signali.
Storia
Finu ô sèculu XVI nun si sapìa si la luci viaggiava istantaneamenti oppuru a na vilucitati finuta assai avuta. U primu esami rigistratu esistenti su chistu argumentu eni prìsenti già nnâ Grecia antica, e nzemi a li antichi greci, puru studiusi musulmani e scienziati europei classici hannu discussu a loncu dâ vera vilucitati dâ luci, finu a quannu l'astrònumu danisi Ole Rømer nun furnìu u primu calculu dâ vilucitati dâ luci nto 1676, mentri Nto 1905 a tiurìa di la rilativitati spiciali di Albert Einstein misi a parola fini ncapu a vilucitati dâ luci, dicennu ca idda eni na custanti innìpinnenti dô propriu schema di rifirimentu. Da allura, li scienziati hannu furnitu misurazzioni sempri cchìu prìcisi.
Misuri astrunomiche
L'astrònumu danisi Ole Rømer usò na misura astrunomica pî fari a prima stima quantitativa dâ vilucitati dâ luci. . U fisicu taliò i pirìudi dî luni ca firrìanu ntornu nu pianeta luntanu e capìu ca chisti addìvintavanu cchìu curtu quannu â Terra s'avvicinava ô pianeta rispettu a quannu nveci s'alluntanava da iddu. A distanza cummìgghiata dâ luci dû pianeta (o dà sô luna) nnâ Terra eni cchìu curta quannu u pianeta si trova nto puntu dâ sô orbita cchìu vicina ô sô pianeta rispettu a quannu a Terra si trova nto puntu cchìu luntanu dâ sô òrbita, a diffìrenza di distanza essennu u diamitru dî l'òrbita tirrestri ntornu ô Suli. U cancìamentu talìatu nto pìriudu orbitali dâ luna eni causatu dâ diffìrenza nto tempu ca ci metti a luci pî cummìgghiari a distanza cchìu curta o cchìu lonca. Rømer vitti chistu effettu pâ luna cchìu granni di Giovi, Io, e ipotizzò câ luci ci mittìa 22 minuti pî cummìgghiari u diamitru dî l'orbita tirrestri.
Storia antica
Duranti l'inizziu dû sèculu XVII, Johannes Kepler pinsava câ vilucitati dâ luci fussi nfinita, vistu ca u spazziu vacanti nun prìsenta alcunu mpirimentu, mentri Cartesiu sustìnia ca si la vilucitati dâ luci duvissi essìri finuta, u Suli, a Terra e la Luna avìssiru a essìri fora allineamentu duranti na eclissi lunari, e vistu ca tali fenomenu nun era statu mai talìatu, Cartesiu cunclusi câ vilucitati dâ luci jera finuta. U scinzatu francisi iputizzava ca si la vilucitati dâ luci fussi arrìsultata finuta, u sô nteru sistema filusoficu putìa essìri dimulitu. Nto principiu di Cartesiu ddâ liggi di snell, dissi ca puru si la vilucitati dâ luci era istantanea, cchìu densa era a media, cchìu viluci era a vilucitati dâ luci. U matimàticu francisi Pierre de Fermat tiurizzò tramiti a liggi di Snell, usannu l'ipotisi cuntraria a chidda di Cartesiu, de Fermat pìnsava ca cchìu densu era u mezzu e cchìossai era lenta a luci, sustinennu puru a tiuria di na vilucitati limitata dâ luci.
Limiti supiriuri a c
Secunnu a rilativitati spìciali, l'enirgìa di nu uggettu cu massa a riposu m e vilucitati v eni data da γmc2, dunni γ eni u fatturi di Lorentz supra dìfinitu. Quannu v eni zeru, γ eni uguali a unu, putennu dari urigini â famusa formula E=mc² pû fatturi di cunvirsioni tra enirgìa e massa. U fatturi γ si avvicina a l'infinitu quannu v si avvicina a c, ma ci vulissi na quantitati nfinita di enirgìa pî accilirari nu uggettu cu na massa â vilucitati dâ luci, idda eni u limiti supiriuri pî vilucitati di uggetti cu massa di riposu pusitivi, e li sinculi fotoni nun ponnu viaggiari cchìu vilucimenti dâ vilucitati dâ luci. . Chistu limiti eni spirimentalmenti certu tramiti test di enirgìa relativistica e quantitati di motu. Cchìu giniralmenti, eni normalmenti mpussibbili ca nfurmazzioni o enirgìi putissìru viaggiari cchìu viluci di c.
Pricisioni aumintata di c e rivisioni dû metru e dû secunnu
Nnâ secunnu mitati du sèculu XX sunnu stati fatti assai prugressi nto migghiuramentu dî misuri dâ vilucitati dâ luci, prima cu tecniche di cavitati di risunanza e successivamenti cu tecniche laser nterferumetriche. Chisti tecniche aiutarunu assai u campu scintificu pî novi e cchìu pricisi difinizzioni dû metru e dû secunnu. Nto 1950, u fisicu ngrisi Louis Essen innìcau a vilucitati dâ luci 'n 299 792.5 ±1 km/s, usannu cavitati di risunanza. Chistu valuri vinni aduttatu dâ 12° Assimbrea gìnirali dî l'International Union of Radio Science nto 1957. Nto 1960 u metru vinni ridifinitu 'n termini di lunchizza d'unna di na particulari linea spittrali di kripton 86 e, nto 1967, u secunnu vinni ridifinitu 'n termini dî friquenza di transizzioni iperfina dô statu funnamintali cesiu-133.
Limiti supiriuri a c
Nnô tempu criscìu sempri chiossài a dumanna ncapu l'implicazzioni contru-intuitiva dâ rilativitati spìciali, canusciuta comu rilativitati dâ simultaneitati. Chistu cuncettu dici ca se a distanza spazziali tra dui eventi (A e B) eni maggiuri di l'intervaddu di tempu tra ri iddi multiplicatu pî c, allura ci sunnu strutturi di riferimentu 'n cui A prìceri B, avutri 'n cui B prìceri A e avutri 'n cui sunnu sincruni. Di cunsicuenza, se qualcosa viaggiava cchìu viluci di c rispettu a nu sistema di riferimentu inerziali, fussi comu viaggiari rarrèri nnô tempu rispettu a n'avutra struttura, e a casualitati vinissi viulata. Pigghìannu comu bonu chistu fenomenu, nu effettu putissi essìri vistu ancùora prima di succeriri, ma na tali violazzioni dâ casualitati nun eni mia stata rìgistrata e putissi purtari a paradossi comu l'antitelephone tachionicu.
'N nu mezzu
Nnê matiriali trasparenti, l'innìci di rifrazzioni eni ginìralmenti maggiuri di 1, chistu significa câ vilucitati di fasi eni nfiriuri a c. 'N avutri matiriali, eni pussibbili che l'innìci di rifrazzioni addìventi nfiriuri a 1 pî alcuni friquenzi; 'n alcuni matiriali esotici eni pirsinu pussibbili cha l'innìci di rifrazzioni addìventi negativu. U requisitu câ casualitati nun eni viulata implica ca li dui parti riali e immaginari dâ permittivitati rilativa di qualsiasi matiriali, currìspunnenti rispettivamenti a l'innìci e a lu coefficienti di assorbimentu, sianu lijati dâ rilazziuni di Kramers-Kronig. 'N termini pratici, chistu significa ca 'n nu matiriali cu innìci di rifrazzioni nfiriuri a 1, l'assorbimentu di l'unna eni accussì viluci ca nuddu signali poni essìri nviatu cchìu vilucimenti di c.
Misuri astrunomiche
N'avutru modu eni usari aberrazzioni dâ luci, scuperta e spiegata dâ l'astrònumu ngrisi James Bradley nto sèculu XVIII. Chistu effettu dìriva dâ l'agghiunta vetturiali dâ vilucitati dâ luci pruvinenti da na surgenti distanti (comu na stidda e dâ vilucitati dû sô osservaturi. Nu osservaturi 'n muvimentu vidi accussì a luci arivari da na dirizziuni leggermenti divìersa e di cunsicuenza vidi a surgenti 'n na pusizzioni spustata dâ sô pusizzioni uriginali. Vistu câ dirizzioni dâ vilucitati dâ Terra cancìa cuntinuamenti mentri idda firrìa ntornu u Suli, chistu effettu fa moviri a pusizzioni apparenti dî stiddi. Dâ diffìrenza anculari nnâ pusizzioni dî stiddi (massimu 20,5 secunni d'arcu), eni pussibbili esprimiri a vilucitati dâ luci 'n termini di vilucitati dâ Terra ntornu ô Suli, ca cu la durata canuscìuta di nu annu poni essìri cunvirtita nto tempu nicissariu pî viaggiari da lu Suli â Terra. Nto 1729, Bradley usoni chistu metudu pî ricavari chidda luci cummìgghiata 10.210 voti cchìu vilucimenti dâ Terra nnâ sô orbita (a cifra muderna eni 10.066 voti cchìu viluci) oppuru, ugualmenti, ci vulissìru 8 minuti e 12 secunni pî viaggiari da lu Suli â Terra.
Ntirferomitria
Prima dâ cumparsa dâ ticnoluggìa laser, sunnu stati usati surgenti radiufriquenza cuirenti pî misuri di ntirferomitria dâ vilucitati dâ luci. Tuttavia, a determinazzioni ntirferometrica dâ lunchizza d'unna addìvventa menu prìcisa câ lunchizza d'unna e li spirimenti sunnu quinni limitati 'n pricisioni dâ lunchizza d'unna lonca (~ 0,4 cm dî l'unni radiu. A pricisiuni poni essìri migghìurata usannu a luci cu na lunchizza d'unna cchìu curta, ma addìventa difficili misurari direttamenti a friquenza dâ luci. Nu modu pî mbrugghiari chistu prubblema eni inizziari cu nu signali a vascia friquenza di cui a friquenza poni essìri misurata cu pricisioni, e da chistu signali sintetizzari chianu chianu signali a friquenza cchìu avuta la cui friquenza quinni poni essìri lijata ô signali uriginali. Nu laser poni quinni essìri bloccatu nnâ friquenza e la sô lunchizza d'unna poni essìri determinata usannu la ntirferomitria. Chista tecnica era duvuta a nu ruppu ô National Bureau of Standards (cchìu tardu cànusciutu comu NIST). Chista misurazzioni vinni usata nto 1972 pî misurari a vilucitati dâ luci nto vacanti cu na ncirtizza frazziunaria di 3.5×10−9.
Cavitati di risunanza
N'avutru modu pì misurari a vilucitati dâ luci eni misurari innìpinnentimenti a friquenza f e la lunchizza d'unna λ di na unna elettrumagnetica nto vacanti. U valuri c poni quinni essìiri attruvatu usannu a rilazzioni c = fλ. Na opzioni cunsisti nto misurari a friquenza di risunanza di nu risunaturi a cavitati. Si nun si canuscìnu puru i dimìnsiuni dâ cavitati di risunanza, chisti ponnu essìri usati pî determinari a lunchizza d'unna. Nto 1946 i fisici ngrisi Louis Essen e Ac Gordon-Smith stabilirinu a friquenza pî na varietati di modalitati nurmali di cavitati a microunni dî diminsioni scanusciuti. I diminsioni foru stati stabiliti cu na pricisioni di circa ± 0,8 μm usannu calibbri calibbrati medianti ntirferomitria. Vistu câ lunchizza d'unna dî modi era canuscìuta dâ giometrìa dâ cavitati e dâ tiuria elettrumagnetica, a canuscenza dî friquenzi assuciati accunsintia u calculu dâ vilucitati dâ luci. U risultatu di Essen-Gordon-Smith eni statu di 299 792 ± 9 km/s, sostanzialmenti cchìu prìcisu di chiddi rilivati da tecniche ottiche, mentri nto 1950, misurazzioni rìpituti di Essen purtarunu a nu risultatu finali di 299 792 0,5 ± 3,0 km/s.
Primi tintativi di misura
Nto 1629, u fisicu ulannìsi Isaac Beeckman cunsigghìò nu spìrimentu 'n cui nu cristianu talìava u lampu di nu cannuni ca si riflitteva ncapu nu specchiu a circa nu migghiu (1,6 km) di distanza. Nto 1638, Galileo Galilei cunsigghìa nu spirimentu, dicennu di avillu esecuitu quarchi annu prima, pî misurari â vilucitati dâ luci talìannu u ritardu tra la scuperta di na lanterna cummìgghiata e la sô percezzioni a na certa distanza, lu astrònumu e fisicu talianu nun eni statu 'n gradu di arrìcunusciri se u viaggiu fussi istantaniu oppuri no, ma avi cunclusu ca, si nun lu fussi, avi a essìri cumunqui assai viluci. Nto 1667 l'Accademia del cimento di Firenze dissi ca avìa esecuitu u spirimentu di Galileo Galilei, cu li lanterni cummìgghiati e siparati da circa nu chilòmitru e mezzu, ma nuddu ritardu vinni talìauta, u ritardu effettivu 'n chistu spirimentu putissi essìri statu di circa 11 microsecunni.
'N nu mezzu
Nto 1999 na squatra di scinzati dî l'univirsitati di Harvard guidata da lu fisicu danisi Lene Hau arrìnisciu a rallintari a vilucitati dâ luci finu a na vilucitati di circa 17 m/s (ossìa 61 km/h), mentri nto 2001 arrìnisceru a firmari nu raggiu. Chistu risultatu vinni raggiuntu nviannu nu raggiu luminusu versu nu cundinsatu di Bose-Einstein; dintra u cundinsatu eranu prìsenti dui nubbi di atumi di sodiu gassosu raffriddati a tali puntu da arrivari a picca miliunesisi di gradu supra u zeru assulutu (currìspunnenti -273,15 °C), nu primu raggiu laser vinni fattu passari attraversu i nubbi pî preparari l'azzioni, subbutu doppu nu viluci mpulsu laser vinni futtu passari attraversu a prima nubbi dunni vinni schiacciatu e rallintatu a na vilucita di 17 m/s. Nto vacanti nu mpulsu luminusu eni loncu circa 1 km, ma dintra a nubbi di sodiu veni accurzatu finu a na lunchizza di 0,02 mm, cchìu nicu dû spissuri di nu capiddu umanu, accussì nicu da putiri essìri circunnatu da nubbi di atumi.
Diffusioni dâ luci
Nnâ miccànica quantìstica, u campu elettrumagneticu eni discrittu dâ tiuria di l'elettrudinamica quantistica (accurzatu 'n "QED"). 'N chista tiuria, a luci eni discritta da l'eccitazioni funnàmintali (o quanti) dû campu elettrumagneticu, chiamatu futuni. 'N QED, i futunu sunnu particeddi sìenza massa e quinni, secunnu tiurìa di la rilativitati spiciali, viaggianu â vilucitati dâ luci nto vacanti.
Storia antica
I primi filosufi àrabbi inizzialmenti cuncurdavanu câ visioni aristotelica câ luci nun avìa vilucitati di viaggiu, ma nto 1021 u fisicu e astrònumu àrabbu Alhazen pubbrìcò u libbru dî l'ottica, dunni prìsintò na serie di argumenti cha rispincevanu a tiuria dâ visiuni dî l'emissioni 'n favuri dâ tiuria dî li ntromissioni ormai accìttata, 'n cui a luci si spusta da nu uggettu a l'occhiu. Chistu spincìu Alhazen a cunsigghìari câ luci avissi na vilucitati finuta, e câ vilucitati dâ luci fussi variabbili, diminuennu nnê corpi cchìu densi. Secunnu Alhazen a luci eni matiria sustanziali, la cui diffusioni addumanna tempu, puru si chistu eni ammuccìatu a li nostri sensi. Duranti u XI sèculu, puru u scinzatu persianu Al-Biruni si vitti d'accordu cu Alhazen, dicennu câ luci avi na vilucitati finuta, virennu câ vilucitati dâ luci eni assai cchìu viluci dâ vilucitati dû sonu. Nto sèculu XIII u scinzatu ngrisi Roger Bacon sustìnia câ vilucitati dâ luci nnâ l'aria nun era nfinitia, usannu argumentazziuni filusofiche sustinuti da li studi di Alhazen e Aristòtili, mentre nto 1270 u monacu cristianu e fisicu pulaccu Witelo cunsìdirò a pussibilitati câ luci viaggiassi a vilucitati nfinita nto vacanti, ma rallìntannu nnê corpi cchìu densi.
Unitati astrunòmica
La nsicurizza rilativa di chisti misurazzioni eni di 0,02 parti pî miliardu (2×10−11), equivalenti â ncirtizza nnê misurazzioni dâ lunchizza dâ Terra tramiti ntirferomitria. Vistu ca u misuraturi eni dìfinitu comu a lunchizza dâ luci 'n nu determinatu ntirvaddu di tempu, a misurazzioni dû tempu di illuminazzioni 'n termini dâ prìcirenti difinizzioni dî l'unitati astrunòmica poni puru essìri vista comu misura dâ lunchizza di na unitati astrunòmica 'n metri.
L'etiri luminiferu
Finu ô sèculu XIX si pinsava ca lu spazziu vacanti fussi jinchiutu cu nu supportu di funnu chiamatu etiri luminiferu 'n cui u campu elettrumagneticu esistiva. Alcuni fisici pìnsavanu ca chistu etiri si cumpurtava comu na strutura di riferimentu pâ prupugazzioni dâ luci e quinni avissi a essìri pussibbili misurari u motu dâ Terra rispettu a chistu mezzu, misurannu l'isotrupia dâ vilucitati dâ luci. Versu a fini dû XIX sèculu foru cumpiuti divìersi spirimenti pî circari di attruvari chistu muvimentu, u cchìu famusu fu chiddu cunnùttu da li fisici mèricani Albert Abraham Michelson e Edward Morley nto 1887. . U muvimentu rìlivatu era sempri nfiriuri a lu sbagghìu di osservazzioni. Spirimenti muderni innìcanu câ vilucitati dâ luci a dui vii eni isotrupa (a stissa 'n tutti i dirizziuni) entru 6 nanometri ô secunnu A causa di chistu spirimentu, u fisicu ulannisi Hendrik Antoon Lorentz cunsigghìau ca u muvimentu dî l'apparatu attraversu l'etiri putissi fari cuntrarri l'apparecchiu loncu la sô lunchizza nnâ dirizzioni dû muvimentu, e oltrituttu dissi ca puru a variabbili tempurali pî sistemi 'n muvimentu duvia essìri cancìata di cunsìcuenza ("ura lucali"), ca avi purtatu â furmulazzioni dâ trasfurmazzioni di Lorentz. Nto 1900, basannusi ncapu a tiuria di l'etiri di Lorentz, u fisicu e matimàticu francisi Henri Poincaré ammùstrò ca chistu tempu lucali (ô primu ordini 'n v/c) eni innìcatu da rulòggi ca si movinu nnâ l'etiri, ca sunnu sincrunizzati sutta l'assunzioni di vilucitati dâ luci custanti. Quattru anni cchìu tardu ipotizzoni câ vilucitati dâ luci putissi essìri na vilucita limitanti nnê dinamichi, a cunnìzziuni ca tutti li ipotisi dâ tiuria di Lorentz fussiru cunfirmati. Nto 1905, Poincaré purtoni a tìuria eterica di Lorentz 'n chinu accordu osservazziunali cû principiu di rilativitati.
Primi tintativi di misura
A prima stima quantitativa dâ vilucitati dâ luci vinni fatta nto 1676 da l'astrònumu danisi Ole Rømer, tramti a adeterminazzioni dâ vilucitati dâ luci di Rømer. Talìannu i piriudi dâ luna di Giovi, Io, Rømer s'addùnò ca parevanu essìri cchìu curti quannu a Terra s'avvicinava a Giovi rispettu a quannu s'alluntanava da iddu, finennu pî pinsari câ luci viaggia a na vilucitati finuta, stimannu ca ci vulìanu 22 minuti luci pî cummìgghiari u diamitru di l'orbita tirrestri. U fisicu ulannisi lijò a stima di Rømer cu na stima dû diamitru di l'orbite tirrestri pî aviri na stima dâ vilucitati dâ luci di 220 000 km/s, nfiriuri dû 26% ô valuri effettivu.
Lijamenti cu l'elettrumagnitismu
Duranti u sèculu XIX u fisicu francisi Hippolyte Fizeau sviluppò nu metodu pî determinari a vilucitati dâ luci 'n basi a misurazzioni dû tempu di volu nnâ Terra e arrìpurtò nu valuri di 315 000 km/s. U sô metodu fu succissìvamenti migghìuratu dô cunnazziunali Léon Foucault c'arrìnisciu ad avìri nu valuri di 298 000 km/s nto 1862, mentri quarchi annu prima (nto 1856) i fisici tidischi Wilhelm Eduard Weber e Rudolf Kohlrausch misurarunu u rapportu di li unitati elettrumagnetiche ed elettrustatiche di carica (1/), scaricannu na buttigghia di Leidae scuprìrunu ca lu sô valuri jera assai vicinu â vilucitati dâ luci misurata direttamenti da Fizeau.
Avutri tecniche di misurazzioni
Nu metodu pî misurari a vilucitati dâ luci eni misurari u tempu ca ci metti a luci pî viaggiari versu nu specchiu tra na distanza e na distanza canuscìuti. Chistu eni u principiu di funzionamentu rarrèri l'apparatu di Fizeau-Foucault, nvintatu da li fisici francisi Hippolyte Fizeau e Léon Foucault. U strumentu cunsisti 'n nu raggiu di luci direttu versu nu specchiu a 8 chilòmiti di distanza, mentri u raggiu di luci cummògghia chista distanza pî arrìvaru ô specchiu, a surgenti passa attraversu na rota dintata firrìanti. A na certa vilucitati di firrìamentu, u raggiu passa na fissura nnâ via di niscìuta e n'avutra nnâ via d'arritornu, ma a vilucitati liggirmenti cchìu avuti e cchìu vasci, u raggiu culpisci ne denti e nun passa attraversu a rota. Canuscennu a distanza tra rota e specchiu, u nùmmaru di denti ncapu a rota e la vilucitati di firrìamentu, eni pussibbili calculari a vilucitati dâ luci.
'N nu mezzu
Nu mpulsu cu divìersi vilucitati di fasi e di ruppu (ca si virifica se a vilucitati di fasi nun eni a stissa pî tutti i friquenzi dî l'impulsu) si spalma nto tempu nu prucessu canuscìutu comu dispersioni ottica. Alcuni matiriali hannu na vilucitati di ruppu assai vascìa (o addirittura nulla) pî li unni luminusi, nu fenomenu chiamatu luci dèbbuli. ca eni statu cunfìrmatu 'n vari spirimenti. , comu puru vilucitati di ruppu supiriuri a c foru stati ammùstrati 'n spirimenti. . Si pensa ca putissi essìri pussibbili câ vilucitati di ruppu addìventi nfinita o nigativi, cu mpulsi ca viaggianu istantaneamenti o rarrèri nto tempu. Nuddu di chisti opzioni, però, cunsenti di nviari nfurmazzioni cchìu viluci di c
Avutri tecniche di misurazzioni
U strumentu veni successìvamenti migghìuratu nto 1850 da Léon Foucalt, ca sustituisci a rota dintata cu nu specchiu firrìanti. Vistu ca u specchiu cuntinua a firrìari mentri a luci viaggia versu ri iddu, a luci veni riflittuta dô specchiu firrìanti cu na anculazzioni divìersa rispettu a chidda ca sta cummìgghiannu. Da chista diffìrenza di anculu, a vilucitati canusciuta di firrìamentu e la distanza dô specchiu distanti poni essiri calculata a vilucitati dâ luci. Uoggi, usannu oscilloscopi cu risoluzzioni timpurali nfiriuri a nu nanosecunnu, a vilucitati dâ luci poni essiri misurata direttamenti tempurizzannu u ritardu di nu mpulsu luminusu da nu laser o nu LED riflittutu da nu specchiu. Chistu metodu eni menu prìcisu (cu sbagghi nnâ l'ordini di l'1%) rispettu ad avutri tecniche muderne, ma alli voti veni usatu comu spirimentu di labburatoriu nnê lizzioni di fìsica di l'univirsitati.
Osservazioni e spìrimenti cchìu viluci dâ luci
Si nu raggiu laser veni vilucimenti spustatu ncapu nu uggettu luntanu, u puntu di luci poni muvirisi cchìu vilucimenti di c, puru se u muvimentu inizziali dû puntu sia ritardatu a causa dû tempu ca ci metti a luci pîî arrivari nnâ l'uggettu distanti â vilucitati c. Tuttavia, i suli entitati fisichi ca si movinu sunnu u laser e la sô luci emessa, ca viaggia a vilucitati c da lu laser a divìersi pusizzioni dû puntu. Nto stissu modu, na ùmmira pruittata ncapu nu uggettu distanti poni essìri fatta muviri cchìu vilucimenti di c, doppu nu ritardu nto tempu. . 'N nuddu dî dui casi, materia, enirgìa o nfurmazziuni viaggianu cchìu vilucimenti dâ luci. U tassu di cancìamentu dâ distanza tra dui uggetti 'n a struttura di riferimentu rispettu ô quali tutti e dui sunnu 'n muvimentu (vilucitati di chiujuta) poni aviri nu valuri supiriuri a c. Tuttavia, chistu nun rapprìsenta a vilucitati di ogni sinculu uggettu misuratu 'n na sincula trama inerziali.
Ntirferomitria
La ntirferomitria eni n'avutru modu pî truvari a lunchizza d'unna dâ radiazziuni elettrumagnetica pî determinari a vilucitati dâ luci. Nu raggiu di luci cuirenti (pî esempiu da nu laser), cu na friquenza canuscìuta (f), veni divisu pî secuiri dui strati e quinni lijatu arrìeri. Regulannu a lunchizza dû tracciatu talìannu u mudellu di nterfirenza e misurannu attentamenti i cancìamenti dâ lunchizza du tracciatu, eni pussibbili determinari a lunchizza d'unna dâ luci (λ). A vilucitati dâ luci veni quinni calculata usannu l'iquazzioni c = λf.
Difiniri a vilucitati dâ luci comu na custanti esplicita
Nto 1983 a 17° Conférence générale des poids et mesures havi rilivatu ca li lunchizzi d'unni duvuti a li misuri di friquenza e nu datu valuri pâ vilucitati dâ luci sunnu cchìu ripruducibbili rispettu ô standard prìcirenti. Mantìnennu a difinizzioni dû secunnu dû 1967, quinni a friquenza iperfina dû cesiu difinirebbi ura sia u secunnu ca u metru. Pî fari chistu, hannu ridifinitu u metru comu: "U metru eni a lunchizza pircurruta dâ luci duranti nu ntirvaddu di tempu di 1/299 792 458 di secunnu". Comu risultatu di chista difinizzioni, u valuri dâ vilucitati dâ luci nto vacanti eni esattamenti 299 792 458 m/s ed eni addìvintata na custanti dìfinita nto Sistema 'ntirnazziunali di unitati di misura. Tecniche spìrimintali migghìurati ca prima dû 1983 avissìru misuratu a vilucitati dâ luci, nun nfruenzanu cchìu u valuri canusciutu dâ vilucitati dâ luci nnê u Sistema 'ntirnazziunali di unitati di misura, ma cunsentinu nveci na rializzazzioni cchìu prìcisa dû metru misurannu cchìu prìcisamenti a lunchizza d'unna di Krypton-86 e avutri funti di luci.
Pricisioni aumintata di c e rivisioni dû metru e dû secunnu
Nto 1972, usannu u metodu nterferometru laser e li novi difinizzioni, nu gruppu dû NIST di Boulder, 'n Coloradu, stabiliu câ vilucitati dâ luci nto vacanti fussi c = 299 792 456.2 ±1.1 m/s. Chistu valuri jera 100 voti menu ncertu dû valuri prìcirentimenti accìttatu. La ncirtizza rimanenti jera principalmenti lijata â difinizzioni dû metru. Vistu ca spìrimenti simili avianu truvatu risultati cumparabbili pî c, nto 1975 a 15° Conférence générale des poids et mesures raccumannava l'usu dû valuri 299 792 458 m/ss pâ vilucitati dâ luci.
Storia antica
U filosufu siciliota Empedocli fu u primu a cunsigghìari na tiuria ncapu a vilucitati dâ luci, sustinennu ca avia na vilucitati finuta. Iddu sustinìa câ luci fussi qualcosa 'n custanti muvimentu, e quinni duvìa usari u tempu pî viaggiari, mentri Aristòtili sustinìa, ô cuntariu, câ "luci eni duvuta â prìsenza di qualcosa, ma nun eni nu muvimentu". Euclidi e Tulumeu nveci avìanu avanzatu a tiuria di Empedocli, 'n cui a luci veni diffusa da l'occhiu, cunsintennu accussì a vista. Ncapu a basi di chista tiuria, Eroni di Alissandria sustìnia câ vilucitati dâ luci duvìa essìri nfinita picchì uggetti luntani comu i stiddi cumparinu subbìtu quannu si rapìnu l'occhi.