Per il futuro.

La Relatività ci dirà poi altre cose ancora sulla natura della luce quando si combinerà con la meccanica quantistica.

Si tratta di una “fusione” per ora fatta “a mano” dal momento che non abbiamo ancora una teoria che unifichi concettualmente le due prospettive, quella della Relatività e quella della meccanica quantistica, ma che è stata comunque in grado di dirci moltissime cose sul mondo.
In primo luogo questa combinazione darà vita ad una teoria quantistica della “luce” (dove con questo termine ormai si intende sono solo la piccola fetta dello spettro visibile, ma l’intera banda elettromagnetica), l’elettrodinamica quantistica e poi ad una teoria quantistica di tutti i campi.
Da questo incontro abbiamo imparato, ad esempio a distinguere bene la “materia” dalla “radiazione”, distinguendo le particelle che non possono occupare uno stesso stato quantico (fermioni: quark, leptoni e loro combinazioni) che hanno le caratteristiche di impenetrabilità tipiche di quella che comunemente chiamiamo materia ordinaria, da quelle che possono farlo senza problemi (bosoni: fotoni, W^±, Z₀, gluoni, gravitoni) responsabili delle interazioni fondamentali tra le particelle della precedente categoria.
E così abbiamo capito che la luce stessa è fatta di onde-particelle i cui pacchetti, i fotoni, che trasportano un’energia E proporzionale alla frequenza ν dell’onda elettromagnetica associata (E = hν), ed è quindi anch’essa una forma di materia che potremmo chiamare penetrabile.

La Relatività generale ha dato vita anche ad una cosmologia relativistica con la sorpresa della comparsa di una singolarità all’origine dell’universo (divenuta popolarmente nota come big-bang) che possiamo osservare e la scoperta ad opera di Edwin Hubble (1889-1953) della sua espansione evidenziata dallo spostamento Doppler relativistico delle righe dello spettro della luce proveniente dalle stelle più lontane.

La scoperta della radiazione cosmica di fondo o radiazione fossile ad opera di Arno e Penzias nel 1965 – anche questa una forma di luce invisibile e debolissima, – ce ne ha dato la conferma sperimentale.
Lo studio della luce proveniente dai confini estremi dell’universo, nel contesto della cosmologia relativistica ci porta ancora informazioni affascinanti su quelli che oggi chiamiamo i primi istanti della vita a noi conosciuta dell’universo, là dove cosmologia e teoria delle particelle elementari coesistono in un’unica affascinante teoria che vede insieme lavorare la Relatività generale, la teoria quantistica dei campi, il modello standard della teoria delle particelle, e talvolta non senza ulteriori congetture che per il momento hanno un sapore quasi fantascientifico se non metafisico.

La Relatività ha consentito ancora di prevedere e poi riscontrare sperimentalmente, sebbene in modo indiretto, l’esistenza di oggetti cosmici noti come “buchi neri” (black holes), così densi di materia da non consentire neppure alla luce di emergere dal loro interno se non per effetto tunnel, con una sorta di “evaporazione quantistica” che permette di attraversare anche le barriere di potenziale più insormontabili.

La luce e le teorie della Relatività sono in qualche modo inseparabili e dobbiamo dire che queste ultime non sarebbero mai state nemmeno pensabili senza una riflessione sulle le straordinarie proprietà fisiche della luce, ad incominciare da quella che abbiamo citato all’inizio della indipendenza dal sistema di riferimento dell’osservatore della sua velocità di propagazione nel vuoto.
Con le teorie della Relatività l’uomo ha finora scritto una delle pagine più importanti della sua comprensione del cosmo.
Una comprensione che continua a stupirci, a motivo della sintonia esistente fra le nostre rappresentazioni del reale fisico e le leggi che la realtà stessa sembra custodire al suo interno.
Scoprirle è parte dell’avventura della scienza, un’avventura che, pur attraverso le sue incertezze e i suoi errori, procede correggendo se stessa, e dunque mostrandosi come cammino di conoscenza autentica, come impresa di verità.