Attraverso cosa viaggia la luce? Mezzi, velocità e limiti
La luce viaggia come onde elettromagnetiche (o fotoni) attraverso vari mezzi:
1. Vuoto (Spazio vuoto)
- Velocità: c = 299.792.458 m/s (esatto, definito).
- Nessun mezzo richiesto — la luce si propaga tramite campi elettrici e magnetici oscillanti.
- È così che la luce solare raggiunge la Terra (150M km attraverso il vuoto).
2. Aria (Atmosfera terrestre)
- Velocità: ~299.700 km/s (indice di rifrazione n ≈ 1.0003).
- Leggermente più lenta del vuoto. Causa rifrazione atmosferica (appiattimento del tramonto, scintillio delle stelle).
- Diffusione: Rayleigh (cielo blu), Mie (nuvole/foglie bianche).
3. Solidi e liquidi trasparenti
| Mezzo | Indice di rifrazione (n) | Velocità (km/s) | Note |
|---|---|---|---|
| Acqua (20°C) | 1.333 | 225.000 | I pesci vedono una vista compressa |
| Vetro corona | 1.52 | 197.000 | Finestre, lenti |
| Diamante | 2.42 | 124.000 | Alta dispersione → fuoco |
| Acrilico (PMMA) | 1.49 | 201.000 | Guide di luce, acquari |
| Ghiaccio | 1.31 | 229.000 | |
| Occhio (cornea/lente/vitreo) | 1.33–1.41 | ~215.000 | Mette a fuoco la luce sulla retina |
4. Fibra ottica (Telecom)
- Nucleo in vetro silice (n≈1.468) + rivestimento (n≈1.462).
- Riflessione totale interna guida la luce per 100+ km.
- Velocità nella fibra: ~204.000 km/s (velocità di gruppo).
Attraverso cosa la luce non può viaggiare
- Materiali opachi (metalli, legno, pietra, pelle) — assorbiti/riflessi.
- Plasma (elettroni liberi densi riflettono).
- Orizzonte degli eventi (buco nero) — curvatura dello spazio-tempo intrappola.
Fisica chiave
- Frequenza (colore) rimane costante attraverso i mezzi.
- Lunghezza d'onda cambia: λmezzo = λvuoto / n.
- Velocità di fase = c/n. Velocità di gruppo (velocità del segnale) ≤ c.
- Legge di Snell: n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂ (rifrazione ai confini).
La luce viaggia attraverso qualsiasi cosa trasparente — e niente affatto.