Velocità di propagazione e frequenza della luce

Tutti dovremmo avere una conoscenza generale su che cosa sia un onda e i parametri che la caratterizzano : guardando le comuni onde del mare, l'intensità è legata all'altezza dei cavalloni, la lunghezza d'onda è la distanza tra le creste di due cavalloni successivi, il periodo è il tempo tra il passaggio di un cavallone e il successivo nel medesimo posto, la frequenza è l'inverso del periodo (cioè quanti cavalloni passano, diciamo in un minuto, nel medesimo posto...), la velocità è la velocità...ed è pari alla lunghezza d'onda diviso il periodo (o moltiplicata per la frequenza). Non tutti sanno però che anche la luce è un onda: anzi, una vasta serie di fenomeni a cui diamo nomi differenti (trasmissioni radio-televisive, micro-onde, infrarosso (calore), luce nei vari colori - dal rosso al violetto-, raggi ultravioletti, raggi X, raggi gamma (radiazioni nucleari...) non sono altro che onde elettro-magnetiche (quello che si alza e si abbassa invece di essere il livello dell'acqua, come per i cavalloni al mare, è il campo elettro-magnetico). Questa scoperta è stata una delle massime conquiste teoriche della Fisica Classica ed è implicita nelle Equazioni di Maxwell (secolo scorso). Ma c`è di più: le equazioni di Maxwell (e poi la relatività di Einstein) prevedono che tutte queste onde abbiano la stessa velocità (pari a 300.000 Km al secondo, nel vuoto), indipendentemente dalla frequenza. La velocità della luce è la stessa per tutte le frequenze a meno di una parte su 10 alla meno 22 (cioè lo scostamento eventuale è minore di un decimillesimo di miliardesimo di miliardesimo). Questa stima è basata sull'arrivo di onde elettro-magnetiche da distanti fenomeni esplosivi nel Cosmo, come i "gamma-ray bursters". Se la velocità della luce prodotta in queste esplosioni molto distanti fosse diversa alle varie frequenze, dovremmo osservare l'arrivo in successione dei vari "colori": ma così non è. La precedente stima sperimentale, basata sulla luce proveniente dalla Pulsar del Granchio, era di vari ordini più bassa. Una eventuale dipendenza della velocità della luce dalla frequenza potrebbe indicare che i fotoni (le 'particelle' di luce) hanno una massa diversa da zero . Così la osservata indipendenza dalla frequenza pone anche un limite superiore alla massa di un fotone: un fotone non può 'pesare' più di 10 alla meno 44 grammi (cioè ci vorrebbero almeno 100 milioni di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di fotoni per fare un grammo! ma la teoria ci dice che la massa dei fotoni è esattamente zero).