La velocità della luce e il suo ruolo nella fisica moderna

La Rifrazione della Luce e il Principio del Percorso Ottico Minimo

La rifrazione è il fenomeno fisico che si verifica quando un'onda luminosa passa da un mezzo trasparente a un altro, come dall'aria al vetro, e cambia direzione a causa della variazione della sua velocità. Questo avviene in conformità con la legge di Snell, che stabilisce una relazione matematica tra gli angoli di incidenza e rifrazione e gli indici di rifrazione dei due mezzi. Il principio del percorso ottico minimo, formulato da Pierre de Fermat, afferma che la luce percorre il cammino che richiede il minor tempo possibile, non necessariamente la distanza più breve. Quando la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso, come dall'aria al vetro, il raggio rifratto si avvicina alla normale alla superficie di separazione tra i due mezzi. Questo comportamento ottimizza il tempo di percorrenza, poiché la luce viaggia più velocemente nel mezzo meno denso e quindi percorre una distanza maggiore in esso, mentre nel mezzo più denso, dove la sua velocità è minore, percorre una distanza minore.

Le Prime Stime della Velocità della Luce

La velocità della luce è stata oggetto di indagine sin dal XVII secolo. Galileo Galilei fu uno dei primi scienziati a mettere in dubbio l'idea che la luce si propagasse istantaneamente e tentò di misurarne la velocità tramite un esperimento che prevedeva l'osservazione del tempo di ritardo tra la copertura e la scopertura di una lanterna. Tuttavia, l'esperimento non riuscì a fornire una stima accurata a causa dei limiti dei tempi di reazione umani. Più tardi, Ole Rømer, osservando le eclissi dei satelliti di Giove, dedusse che la luce impiegava un tempo finito a percorrere distanze astronomiche, stimando la sua velocità a circa 220.000 km/s. James Bradley, attraverso lo studio dell'aberrazione stellare, giunse a una stima più accurata di circa 300.000 km/s. Queste misurazioni astronomiche furono fondamentali per comprendere che la luce viaggia a una velocità finita e molto elevata.