Un faro causale, ma molto paradossale

Ormai è noto a tutti che una delle più grandi scoperte dello scorso secolo fu quella di Einstein riguardo al fatto che nessun oggetto può viaggiare ad una velocità maggiore della velocità della luce. Il seguente esempio, però, sembra mettere in crisi un fatto confermato da moltissimi esperimenti.

Innanzitutto, la prima cosa sorprendente è che il fenomeno del “faro” laser avviene realmente. Ad esempio, un fascio di luce che volesse attraversare la Luna da parte a parte ci impiegherebbe circa 0.0116 secondi, ma una persona potrebbe agevolmente ruotare un puntatore laser qui a Terra in modo che il puntino luminoso ci impieghi meno...

Il fenomeno è, dunque, reale.Tuttavia, esso non comporta nessuna violazione della teoria della relatività di Einstein, e la ragione è molto sottile. Il motivo fisico per cui non si può viaggiare a velocità maggiori di quella della luce è quello che si chiama principio di causalità: la causa che genera un certo effetto deve sempre precedere temporalmente l'effetto stesso. Se un oggetto viaggiasse a velocità arbitrariamente grandi, ciò potrebbe non essere più vero, e quindi la teoria della relatività proibisce il verificarsi di un siffatto fenomeno. Molto più specificamente, la teoria proibisce che possa trasmettersi informazione, di un qualsiasi tipo (come, ad esempio, l'informazione “è scoppiata una bomba a Milano alle 8.00”, oppure “Andrea è uscito di casa alle 15.00”, o ancora “la lampadina è stata accesa alle 20.00”), a velocità maggiori di quella della luce, in modo tale da rispettare il principio di causalità. Ma, se non viene trasmessa nessuna informazione...

Il caso del faro laser appartiene proprio a questa categoria di esempi. Infatti, i puntino luminoso che si muove sulla parete non è un oggetto fisico, ma rappresenta solo il punto di intersezione tra il fascetto di luce laser e la parete: nessuna informazione viene trasmessa da quel punto di intersezione quando si muove sulla parete. Invece, ad esempio, un fascio di luce che attraversa la Luna da parte a parte trasmette una precisa informazione: una sorgente luminosa è stata accesa in un certo punto. E tale informazione arriverà nell'altro punto della Luna solo dopo 0.0116 secondi, e non prima.

Curioso, vero? Di questi fenomeni ve ne sono parecchi. Se volete vederne di alcuni ancora più strabilianti (come puntini luminosi che compaiono dal nulla e poi scompaiono nel nulla...), potete dare un'occhiata all'articolo qui (in inglese). Ma solo se siete tra i più esperti; anzi, tra i più veloci a comprendere...

S. Esposito, fisico