Perché il cosmo possiede davvero un limite di velocità

Perché l'universo impone un limite di velocità assoluto? Il video parte dal paradosso: il limite non riguarda la luce, che viaggia a quella velocità solo perché è priva di massa, ma la struttura stessa dello spaziotempo. Si riparte da Newton, per cui le velocità si sommano e tempo e spazio sono assoluti, e dalle equazioni di Maxwell del 1865, che fissano la luce a circa 300.000 km/s senza punto di riferimento. L'ipotesi dell'etere luminifero crolla con l'esperimento di Michelson e Morley del 1887, che rileva la stessa velocità della luce in ogni direzione. Dopo le trasformazioni di Lorentz, nel 1905 Einstein, da impiegato ufficiale a Berna, postula la costanza della velocità della luce e ne deriva la relatività ristretta: dilatazione dei tempi, contrazione delle lunghezze e simultaneità relativa, illustrata con il treno dei fulmini. Minkowski, nel 1908 a Colonia, unifica spazio e tempo in una geometria a quattro dimensioni il cui segno meno nell'intervallo crea i coni di luce e rende il limite una necessità logica: superarlo permetterebbe messaggi verso il passato. Segue l'immagine del "budget" spazio-temporale: ognuno si muove sempre nello spaziotempo alla velocità della luce, ripartendo tra spazio e tempo; il paradosso delle gemelle Anna e Beth — una invecchia circa 21 anni, l'altra 6 e mezzo — dimostra l'irreversibilità. Le conferme sperimentali si susseguono: gli orologi atomici di Hafele e Keating sugli aerei, i muoni cosmici, i protoni dell'LHC di Ginevra, i satelliti GPS corretti per 38 microsecondi al giorno, gli orologi NIST separati di 33 cm. E=mc² lega massa ed energia, confermata da fissione e fusione: il Sole converte 4 milioni di tonnellate al secondo. Le onde gravitazionali e i raggi gamma del 2017, arrivati a 1,7 secondi di distanza dopo 130 milioni di anni, provano che il limite appartiene allo spaziotempo; l'anomalia OPERA del 2011 era dovuta a un cavo allentato. Espansione cosmica, entanglement quantistico, puntini laser e ombre sono violazioni solo apparenti. Senza limite: niente causalità, freccia del tempo, atomi né vita. Il limite non è un muro: è il tasso di conversione tra metri e secondi. Un dettaglio che spesso sorprende: la relatività ristretta non dice affatto che la velocità della luce sia costante nel tempo o nello spazio. Quello che postula Einstein è che c sia invariante, cioè misurata uguale, 299792,458 km al secondo, da qualunque osservatore inerziale. Ed è anzi il contrario di come la si pensa di solito: non è la luce a stabilire il limite, ma è il limite dell'universo a costringere la luce, priva di massa, a viaggiare esattamente a quella velocità. Se ne parla bene nella risposta dell'INFN su Scienza per Tutti (scienzapertutti.infn.it/chiedi-allesperto/tutte-le-risposte/2402-0462-la-luce-ha-sempre-viaggiato-alla-stessa-velocita). Vale la pena ricordare anche il contesto storico dell'articolo del 1905, Sull'elettrodinamica dei corpi in movimento, dove i due postulati appaiono come apparentemente inconciliabili con la legge galileiana di composizione delle velocità. Einstein mostra che possono convivere solo ridefinendo il concetto di tempo, e ne esce che l'etere luminifero è semplicemente superfluo (it.wikipedia.org/wiki/Sull'elettrodinamica_dei_corpi_in_movimento). Le trasformazioni di Lorentz, d'altra parte, erano nate per un fine opposto: Lorentz le aveva sviluppate proprio per salvare l'etere, ipotizzando una contrazione fisica degli strumenti di misura nel loro moto attraverso di esso. Fu Einstein a darle il vero significato cinematico, quello che oggi sta alla base della relatività ristretta e della sua descrizione dello spaziotempo come entità unica (it.wikipedia.org/wiki/Teoria_della_relativit%C3%A0_speciale).