sabato 10 ottobre 2015

Quanto pesa la luce?

La solita amica rompiscatole mi ha chiesto quanto pesa la luce.
Così a prima vista sembra una domanda banale... ma col cavolo! (Prometto: prima o poi questa me la paga).

Avrei potuto togliermi dagli impicci rispondendo che la luce è composta di fotoni, quindi basta cercarsi sulla letteratura scientifica il peso del fotone e il gioco è fatto.

E invece no, avrei imbrogliato (e non risposto in realtà). Per due motivi.

1) Intanto avrei così perpetuato la tipica confusione tra massa e peso (ne riparliamo più sotto);
2) Sulla letteratura si sarebbero trovati due valori per la massa del fotone, quindi qual è quella giusta (anche su questo ritorniamo sotto)?

Intanto cos'è il fotone?
Una particella elementare, cioè non divisibile, non "spaccabile", neanche col più potente degli acceleratori di particelle, in quanto non composta di particelle più piccole.
In teoria questo dovrebbe semplificarci la vita, in quanto non esistono forze interne al fotone di cui tenere conto per studiarne le caratteristiche.
Ma il fotone è un birbone e quindi ci rende comunque la vita difficile.

Torniamo al punto 1) di cui sopra.
Il peso è una forza, mentre la massa è una caratteristica intrinseca dei corpi.
Per esempio il mio peso sarà diverso sulla Terra, sulla Luna o su Giove, mentre la mia massa rimarrà la stessa ovunque (a meno di non perderne dimagrendo...).
Cioè, non è proprio così (almeno non a livello particellare), ma per spiegare la differenza tra peso e massa è un'approssimazione accettabile e sufficientemente precisa.

E veniamo al punto 2).
Come per ogni particella, nelle tabelle per il fotone si troveranno due masse: una di queste per il fotone è nulla e l'altra ha solo un limite massimo (come ci dice qui il Particle Data Group).
La massa nulla è quella a riposo... cioè di fatto il fotone esiste solo in movimento, non fermo.

E allora, mi direte voi, pesiamo in qualche modo un raggio di luce, magari indirettamente.

E in effetti lo si è "pesato".
Come? La luce è sì composta di fotoni ma - come si studia già a scuola, non serve laurearsi in fisica - la luce è anche un'onda elettromagnetica.

Facciamo un confronto con la forza peso (volgarmente detta solo peso).
Il mio peso è in pratica la forza con cui io esercito pressione sul pavimento.
Esiste un analogo per le onde?
Sì. Un'onda esercita una pressione sulle superfici su cui incide: la pressione di radiazione. Questa pressione si può misurare e da questa pressione si può risalire alla forza incidente, cioè al "peso" della luce.

Il problema è che... la risposta non è una vera risposta :-)
Nel caso della luce siamo nell'ambito dei fenomeni relativistici, i quali richiedono un modo di pensare diverso da quello che usiamo nell'esperienza quotidiana... quindi no, purtoppo non possiamo dire quanto pesi la luce.
Almeno non nel senso classico dei termini che stanno dietro alla domanda.

Se qualcuno sapesse esprimere quanto sopra in termini più chiari gliene sarei comunque grato, io non riesco a fare di meglio :-(

Saluti,

Mauro.

16 commenti:

Serena ha detto...

Io non faccio mai domande banali. Idiote, forse, ma banali mai. :-)

E poi, quanto al "farmela pagare", visto il tempo che è passato tra domanda e risposta, il mio "debito" è ampiamente pagato. :-P

Grazie, per la risposta. :-) Adesso mi farò venire in mente qualche altra domanda. :-)

Serena ha detto...

Ecco un'altra domanda... :-P
Rimanendo sul discorso "luce": un raggio di luce, viaggia in eterno oppure, prima o poi, svanisce?

Mauro ha detto...

Alla nuova domanda - almeno in parte - potresti anche rispondere da sola ;-)
Rifletti un'attimo...

massimo protto ha detto...

Un paio si riflessioni.

1- E=M*C^2 , cioè energia=massa * velocità della luce al quadrato. Dunque , conoscendo la sua energia, la massa di un fotone è M=E / (C^2)

2-Primo principio della termodinamica:
Nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma.
Dunque un raggio luminoso ( composto di particelle in movimento ad una certa velocità , dotate di una certa massa ed energia, i fotoni appunto) se non riceve e/o trasferisce ( cioè se non scambia) energia con l'ambiente, il 'sistema' , che attraversa..
Mantiene 'inalterate' le sue caratteristiche ovvero 'viaggia' per sempre, altrimenti si trasforma in qualcos'altro..

Perdona l'intrusione Mauro e chiedo venia e correzione se ho detto cose inesatte: la ruggine sulla materia è tanta, data l'età e l'inutilizzo della stessa.

Ciao.

Serena ha detto...

Grazie a entrambi. Ma cosa differenzia la luce proiettata da una torcia elettrica da quella di una stella? Ovvero: perché la luce di una torcia elettrica si "disperde" nel nulla (almeno apparentemente) mentre quella di una stella viaggia per milioni di anni luce? E' solo una questione di "quantità" di fotoni emessi?

Claudio Casonato ha detto...

Il singolo fotone, emesso da una stella o da una torcia, è lo stesso.

La differenza è che la torcia ne emette meno di una stella, ma soprattutto i suoi fotoni vengono dispersi dall'aria e dalla polvere.

Mauro ha detto...

Massimo, Claudio... ma allora ditelo che vi ha pagato Serena per costringermi a fare alla svelta un articolo sulla sua domanda (avete infatto scritto entrambi cose assolutamente giuste... ma anche incomplete...).

OK, domani scrivo l'articolo... ma il conto a chi lo devo mandare? :-)

Serena ha detto...

Perché qualcuno dovrebbe pagare il conto? :-)

massimo protto ha detto...

Beh..
Se passi da queste parti,
Una cena , rigorosamente piemontese, te la offro volentieri :)

Mauro ha detto...

Se anche il vino è rigorosamente piemontese accetto ben volentieri ;-)

Serena ha detto...

Premesso che senza la mia domanda, non ci sarebbe stato l'invito a cena, lascio decidere a voi due se una povera fanciulla indifesa, può rimanere a stomaco vuoto, mentre voi due gozzovigliate. :-P

Mauro ha detto...

Sì, può :-P

Serena ha detto...

No, non può. :-)

Serena ha detto...

Comunque, non è a te che mi rivolgevo ma a Massimo Protto che, contrariamente a te, è di sicuro un gentiluomo. :-P

Mauro ha detto...

Mi ero dimenticato colpevolmente di rispondere a questo tuo ultimo commento: il fatto che Massimo Protto sia un gentiluomo lo dimostra il fatto che abbia scelto un gentiluomo come me per testimone di matrimonio ;-)

Serena ha detto...

In realtà ti ha scelto, con la speranza di trasformarti in gentiluomo. Però ha miseramente fallito. :-)