Vorrei qui proporvi un interessante articolo scritto da studenti all’ultimo anno del Master in Fisica dell’Università di Leicester.

Qui l’articolo.

È un articolo molto semplice e ben scritto, quindi, secondo me, un ottimo esempio su come dovrebbe essere un articolo adatto a studenti delle superiori o ai primi anni di università.

Di Cosa Tratta?

La domanda che sta alla base di questo articolo, scritto da Loshua Argyle, Riley Connors, Katie Dexter e Cameron Scoular, è la seguente: se volessimo effettuare un viaggio interstellare su una nave che viaggia a velocità prossime a quelle della luce, come per esempio nel caso del Millennium Falcon di Guerre Stellari, cosa vedremmo dal parabrezza? In particolare, vedremmo le strisce di luce presenti in questa ormai famosa scena?

Un viaggio interstellare a bordo del Millennium Falcon.

L’abstract dell’articolo, che riporto qui tradotto, ci chiarisce il tema:

Il famoso motion picture degli anni ’70, Star Wars, rappresenta le stelle viste dal Millennium Falcon come dei raggi di luce stirati quando l’astronave si avvicina alla velocità della luce. È stata quindi effettuata una ricerca su cosa viaggiatori interstellari osserverebbero durante il loro viaggio a causa dell’ottica relativistica. Si conclude che i viaggiatori osserverebbero un disco centrale di radiazione affetta da aberrazione dovuta al blue-shift di tutte le frequenze; la radiazione di fondo cosmico a microonde (CMBR) avrebbe il suo picco di intensità a λ 530nm, e la luce visibile delle stelle un picco nei raggi X (0.20 – 0.35nm).

Avanti con i Conti!

L’articolo si struttura in questo modo:

Si definiscono due sistemi di riferimento:

• S, solidale alla sorgente luminosa isotropica (es.: stella), con assi x, y, e z e la sorgente nell’origine;
• S’, solidale con l’astronave, assi x’, y’, z’. L’asse x’, sul quale avviene il moto, è parallelo all’asse x della sorgente.

Nell’articolo si prende in esame il caso di un’astronave in moto con una velocità pari a , con c velocità della luce, per la quale si ottengono i seguenti valori per i parametri e

Si considera un raggio luminoso, di quadrimpulso , avendo considerato un raggio che si propaga sul piano x-y formando un angolo con l’asse x (il quadro è del tutto generale perchè il problema ha simmetria cilindrica intorno alla direzione del moto).
Ci si chiede come si trasformano e (e di conseguenza k, visto che )
Il risultato lo si ottiene applicando una trasformazione di sistema di riferimento, andando da quello della stella, S, a quello dell’astronave, S’, attraverso la relazione (2).

In conclusione, inserendo nelle formule ricavate i valori delle lunghezze d’onda del picco della CMBR e della banda del visibile, si ricava il valore di queste grandezze osservate dai viaggiatori, ottenendo per la prima un valore compatibile con l’intervallo visibile, mentre per la seconda una volore compatibile con l’intervallo dei raggi X.

Questo fenomento, conosciuto con il nome di blue-shift, ed il suo opposto, il red-shift, sono stati già introdotti in un altro articolo (Il Redshift ed i Semafori Relativistici), e ne abbiamo fatto accenno anche qui (Espansione dell’Universo: Cosa Vuol dire?).

Per l’angolo , invece, si ottiene che i raggi luminosi tendono ad avvicinare la loro direzione di propagazione all’asse x, e questo effetto diventa tanto più importante quanto è piccolo. Significa che se immaginate un fascio di luce che parte da una stella, che avrà la forma di un cono con una certa ampiezza, l’ampiezza di questo cono tende a diminuire, concentrandosi sulla direzione del moto, quando visto dall’astronave.

In conclusione, quindi, si vedrà dritto di fronte a noi un cerchio luminoso, dovuto alla CMB, che si farà sempre più diffuso man mano che guardiamo verso i lati. Inoltre le stelle non appariranno come delle striscie, mentre la loro luce sarà convogliata in un cono nella nostra direzione, tanto più stretto quanto più le stelle sono vicine alla direzione di moto dell’astronave, con un conseguente aumento nella pressione di radiazione, e avrà un picco di intensità nel dominio dei raggi X.

Conclusioni: Cosa Abbiamo Bisogno per un Viaggio Interstellare?.

Quindi, se vi accingete a fare viaggi a velocità prossime a quelle della luce, dotatevi di un bello schermo contro i raggi X e degli occhiali da sole, oltre che di un motore bello potente da poter contrastare la pressione di radiazione dovuta a questi effetti.