Attraversa i muri, ma rallenta fino a fermarsi nei gas ultrafreddi. Trasporta informazioni elettroniche per radio e TV, ma distrugge le informazioni genetiche nelle cellule. Si piega intorno agli edifici e si infila attraverso i fori di spillo.

È leggera, e sebbene lo conosciamo principalmente come l’opposto dell’oscurità, la maggior parte della luce non è visibile ai nostri occhi. Dalle onde radio a bassa energia ai raggi gamma ad alta energia, la luce sfreccia intorno a noi, rimbalza su di noi e talvolta ci attraversa.

Poiché si tratta di tante cose, definire la luce è un po’ un dilemma filosofico. Non aiuta che continui a sorprenderci, con nuovi materiali che ne alterano la velocità e la traiettoria in modi inaspettati.

Ciò che accomuna le microonde, i raggi X e i colori dell’arcobaleno è che sono tutte onde, onde elettromagnetiche per l’esattezza. La sostanza che scivola avanti e indietro non è acqua o aria, ma una combinazione di campi elettrici e magnetici.

Questi campi fluttuanti esercitano forze sulle particelle cariche, a volte facendole oscillare su e giù come boe nell’oceano.

Ciò che separa tutte le varie forme di luce è la lunghezza d’onda. I nostri occhi sono sensibili alla luce con lunghezze d’onda comprese tra 750 nanometri (rosso) e 380 nanometri (viola), dove un nanometro è un miliardesimo di metro, o circa la dimensione di una singola molecola.

Ma lo spettro visibile, visto attraverso un prisma, è solo una piccola parte dell’intero spettro elettromagnetico. La lunghezza d’onda varia da centinaia di miglia per le onde radio lunghe a un milionesimo di nanometro per i raggi gamma.

L’energia della luce è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda, tanto che i raggi gamma sono un miliardo di miliardi di volte più energetici delle onde radio.

La luce è una particella?

Ma le onde non sono l’intera storia. La luce è composta da particelle chiamate fotoni. Questo è evidente in un’energia più elevata come i raggi X e i raggi gamma, ma è vero fino alle onde radio.

Il classico esempio di particella è l’effetto fotoelettrico, in cui la luce che colpisce una lastra di metallo fa volare gli elettroni fuori dalla superficie. Sorprendentemente, la luce più lunga di una certa lunghezza d’onda non può liberare elettroni, non importa quanto sia luminosa la sorgente.

Una rigorosa teoria ondulatoria della luce non può spiegare questa soglia di lunghezza d’onda, poiché molte onde lunghe dovrebbero racchiudere la stessa energia totale di poche onde corte.

Albert Einstein decifrò il mistero nel 1905 presumendo che le particelle di luce colpissero gli elettroni, come palle da biliardo in collisione. Solo le particelle a lunghezza d’onda corta possono dare un “calcio” abbastanza forte.

Nonostante questo successo, la teoria delle particelle non ha mai sostituito la teoria delle onde, poiché solo le onde possono descrivere come la luce interferisce con se stessa quando passa attraverso due fessure. Quindi dobbiamo convivere con l’idea che la luce è sia una particella che un’onda, a volte agendo come una roccia, a volte morbida come un’increspatura.

I fisici rettificano la sua doppia personalità pensando in termini di pacchetti d’onda, che si possono immaginare come un gruppo di onde luminose che viaggiano insieme in un fascio stretto, simile a una particella.

Fare uno spettacolo

Invece di preoccuparsi di cosa sia, potrebbe essere meglio concentrarsi su ciò che fa la luce. Scuote, distorce e spinge le particelle cariche (come gli elettroni) che risiedono in tutti i materiali.

Queste azioni sono specifiche della lunghezza d’onda. O per dirla in altro modo, ogni materiale risponde solo a un particolare insieme di lunghezze d’onda.

Prendi una mela, per esempio. Le onde radio e i raggi X la attraversano direttamente, mentre la luce visibile viene bloccata da varie molecole di mela che assorbono la luce sotto forma di calore o la riflettono all’indietro.

Se la luce riflessa entra nei nostri occhi, stimolerà i recettori del colore (coni) che sono specificamente “sintonizzati” su lunghezze d’onda lunghe, medie o corte. Il cervello confronta le diverse risposte del cono per determinare che la mela riflette la luce “rossa”.

Ecco alcuni altri esempi di attività specifiche.

Le onde radio provenienti da una stazione locale fanno oscillare gli elettroni liberi nell’antenna di una radio. L’elettronica sintonizzata sulla frequenza (o lunghezza d’onda) della stazione, può decodificare il segnale oscillante in musica o parole.

Un forno a microonde riscalda il cibo dall’interno verso l’esterno perché le microonde penetrano nella superficie per ruotare le molecole d’acqua contenute nel cibo. Questo rimescolamento molecolare genera calore.

In piedi accanto a un fuoco da campo, la luce infrarossa fa vibrare le molecole nella nostra pelle per riscaldarci. Al contrario, perdiamo costantemente calore quando queste stesse molecole emettono luce infrarossa.

Alla luce del Sole, mancano diverse lunghezze d’onda visibili e ultraviolette o sono scure. Queste “ombre” sono dovute alla cattura dei fotoni da parte degli atomi, come l’idrogeno e l’elio, che compongono il Sole. L’energia del fotone catturato viene utilizzata per aumentare gli elettroni degli atomi da un livello di energia all’altro.

Un’immagine a raggi X di uno scheletro è dovuta al fatto che i raggi X passano attraverso i tessuti molli ma sono bloccati dall’osso denso. Tuttavia, anche quando sono appena attraversati, i raggi X e i raggi gamma ionizzano le molecole lungo il loro percorso, il che significa che strappano gli elettroni dalle molecole. Le molecole ionizzate possono danneggiare direttamente o indirettamente il DNA in una cellula. Alcune di queste alterazioni genetiche possono portare al cancro.

Tutto ciò mostra che la luce indossa molti cappelli diversi nella sua manipolazione della materia. Forse è appropriato quindi che la sua vera identità – onda o particella – sia inconfutabile.

Correlato – Prima fotografia del dualismo onda-particella

Può sembrare roba da fantascienza, ma gli scienziati hanno già rilevato una distorsione temporale. Ma cosa significa questo? Fondamentalmente, una distorsione temporale è un fenomeno che cambia il flusso del tempo accelerandolo o facendolo scorrere più lentamente.

I fisici conoscono le deformazioni temporali da oltre 100 anni: in effetti, in questo momento ti trovi su una sorta di distorsione temporale.

Nel 1905 Albert Einstein pubblicò la sua teoria della relatività speciale, seguita un decennio dopo dalla teoria della relatività generale, che affermava che la gravità è una proprietà della curvatura dello spazio e del tempo, il tessuto del nostro universo. Di conseguenza, tutto ciò che ha massa può deformare il tempo.

Naturalmente, le cose più grandi deformano meglio il tempo. Con masse miliardi di volte più grandi del Sole, i buchi neri hanno molto peso, il che si traduce in un grande potenziale di distorsione temporale. Se ti avvicini a un buco nero, la gravità dell’oggetto dilata il tempo, facendo accadere le cose molto più lentamente rispetto a un osservatore esterno.

Tuttavia, un buco nero non sarebbe una buona macchina del tempo se volessi fare un viaggio di ritorno: dopo aver superato un certo punto chiamato orizzonte degli eventi, tu e qualsiasi cosa portassi con te non potreste più tornare fuori. Nemmeno la luce.

Il Sole e la Terra possono anche dilatare il tempo su scale notevoli. Nel 2007, un satellite della NASA noto come Gravity Probe B ha confermato la relatività generale con una precisione del 99% osservando come la Terra distorce lo spazio circostante.

Come ulteriore esempio, se vivessi su un’alta montagna, invecchieresti più velocemente dei tuoi amici in riva al mare, dove l’attrazione della gravità è più forte, il che significa che il tempo scorre più lento. Anche se per essere onesti, il tuo invecchiamento accelerato avverrebbe a un ritmo assolutamente impercettibile.

Distorsione temporale

La dilatazione del tempo può essere ottenuta anche muovendosi rapidamente. Muoversi più velocemente può far rallentare il tempo rispetto a un punto di vista stazionario, secondo la relatività speciale. Questa deformazione temporale dovuta alla velocità e alla gravità si manifesta nella nostra vita quotidiana ogni volta che utilizziamo il GPS sui nostri telefoni per trovare la nostra posizione.

“I satelliti GPS funzionano avendo orologi super precisi a bordo del satellite”, ha detto a Ken Olum, professore al Tufts University Institute of Cosmology di Medford, Massachusetts. “Gli orologi sui satelliti funzionano a velocità diverse, a seconda della distanza dalla Terra. Hanno anche una velocità diversa a seconda del movimento del satellite”. Affinché il GPS riporti accuratamente la tua posizione, i satelliti devono tenere conto della relatività generale e della relatività speciale nel calcolo dell’ora.

Naturalmente, oggetti enormi che deformano il tempo non sono esattamente il tipo di viaggio nel tempo di cui gli autori di fantascienza amano scrivere. Quindi, ci sono altri modi per deformare il tempo? Beh, forse, ma non è probabile.

“Il consenso generale è che queste soluzioni davvero bizzarre della relatività generale che includono le macchine del tempo sono quasi certamente impossibili nell’universo reale”, ha affermato Benjamin Shlaer, ricercatore in fisica presso l’Università di Auckland in Nuova Zelanda.

Ma ci sono alcune opzioni. L’improbabile opzione numero uno è un wormhole, un ponte teorico attraverso il quale la materia e la luce potrebbero passare e che è creato dalla curvatura dello spazio. Sebbene alcune teorie prevedano che esistessero a livelli microscopici nell’universo primordiale, hanno anche scoperto che questi wormhole erano probabilmente instabili e sarebbero crollati rapidamente.

Affinché un wormhole funzioni davvero per i viaggi nel tempo, dovrebbe esserci una specie di materia esotica. Per stabilizzare il wormhole, la teoria richiede che questo tipo di materia esotica – una forma sconosciuta di materia fondamentalmente diversa da quella che costituisce tutto ciò che ci circonda – dovrebbe avere massa e pressione negative, qualcosa che gli scienziati non hanno mai visto, né si aspettano di trovare.

La seconda opzione riguarda le stringhe cosmiche. Le stringhe cosmiche sono ipotetici tubi di energia che, se esistessero, sarebbero estremamente piccoli. La teoria prevede che due stringhe che corrono l’una sull’altra potrebbero alterare il tempo in modi strani, come creare curve chiuse nello spazio-tempo che potrebbero agire come macchine del tempo.

Tuttavia, avresti bisogno di una quantità infinita di energia per accelerare queste corde abbastanza da vedere questo effetto.

Se c’è qualche speranza di trovare materia esotica o deformazioni temporali in futuro , molto probabilmente saranno trovati attraverso la cosmologia osservativa, che potrebbe arrivare come scoperte nuove e inaspettate, ha detto Shlaer.

“È abbastanza chiaro che tutte le nostre cosiddette ipotesi sicure su ciò che esiste effettivamente probabilmente non sono vere se si passa a regimi estremi. E potremmo sperare che queste siano domande a cui possiamo rispondere nel campo della cosmologia”, ha concluso Shlaer.

Le parole “vento solare” potrebbero farti immaginare una brezza leggera. Ma il vento solare è un torrente di particelle cariche di energia che escono dal Sole in tutte le direzioni. Questo plasma contiene principalmente protoni ed elettroni. Ci sono anche alcuni nuclei atomici nel mix. Queste particelle provengono dalla corona solare. Questo è lo strato più esterno dell’atmosfera solare. La corona è così calda che le particelle di gas possono guadagnare abbastanza energia per sfuggire alla gravità del Sole. Quando queste particelle di vento solare si diffondono nello spazio, possono trascinare con sé i campi magnetici dal Sole.

Il vento solare esce dal Sole a due velocità diverse. Parte del vento esce a circa 800 chilometri al secondo. Quel materiale fuoriesce da aperture a forma di imbuto nel campo magnetico del sole, chiamate fori coronali, vicino ai poli solari. Il vento più lento si allontana dal sole a circa 400 chilometri al secondo. Le osservazioni della Parker Solar Probe suggeriscono che questo flusso proviene da piccoli fori coronali vicino all’equatore solare.

Il vento solare, quindi, raggiunge la Terra a centinaia di chilometri al secondo. La maggior parte di questa scarica di plasma viene deviata dal campo magnetico terrestre. Questo crea uno schema nel flusso del vento solare come l’acqua che scorre veloce attorno a una roccia in un ruscello. Ma il vento solare gioca un ruolo importante nella meteorologia spaziale che influenza la Terra. Raffiche di vento solare particolarmente forti possono danneggiare i satelliti, le reti elettriche e altre tecnologie. Il vento solare non è solo un fastidio, però. Le particelle di vento solare illuminano i cieli della Terra con le spettacolari aurore.