Sai quanto pesa l'ombra di una persona?
Quando siamo illuminati esercitiamo una forza maggiore rispetto a quando siamo al buio, e questo può essere quantificato. Inoltre il peso varia in base al colore da cui siamo illuminati. Questa conoscenza viene utilizzata per molteplici scopi, inclusi i futuri viaggi interstellari.
Se c'è qualcosa che ci accompagna ovunque ma di cui ci accorgiamo raramente, è la nostra ombra. Viene semplicemente definita come una regione di oscurità nella quale la luce viene bloccata, visto che la luce è composta da fotoni, particelle elementari prive di massa ma con energia e un "momento". Questo momento è la capacità degli oggetti fisici di spingersi l'un l'altro, a vicenda. Quando i fotoni che compongono un raggio di luce illuminano un oggetto, lo spingono esercitando su di esso una leggera pressione che chiamiamo "pressione di radiazione".
Quando ci mettiamo al sole, il nostro corpo sente questa pressione, mentre la zona che ombreggiamo, che i fotoni non raggiungono, non la sente. Sulla base di ciò, un interessante articolo pubblicato su The Conversation solleva l'idea di dedurre il peso della nostra ombra utilizzando equazioni fisiche e assumendo alcuni presupposti necessari per arrivare a un valore specifico.
Calcoli eseguiti per trovare un numero
Gli autori del lavoro suggeriscono che sia possibile quantificare la differenza tra "pressione di radiazione" e peso, che è la forza che esercitiamo sul terreno. Vale a dire che quando siamo illuminati esercitiamo una forza maggiore rispetto a quando siamo al buio, poiché alla forza del nostro corpo dobbiamo aggiungere il momento trasferito dai fotoni che si scontrano contro di noi. In parole semplici, un oggetto pesa di più quando è illuminato rispetto a quando non lo è! Secondo i calcoli effettuati, nel caso di un adulto di media statura posto sotto il sole alla latitudine di Madrid, e supponendo che le dimensioni della sua ombra siano le stesse di quelle del suo corpo, il peso mancante dovuto all'ombra sarà equivalente a quello esercitato da una massa di circa 0,00000004 chilogrammi.
Il peso varia in base al colore della luce che ci illumina
I fotoni luminosi di diversi colori hanno una quantità di moto diversa, quindi la loro energia e la pressione che esercitano saranno diverse. Ciò significa che se accendiamo una luce rossa e ne veniamo illuminati, peseremo meno che se lo facciamo con lo stesso numero di fotoni di luce blu.
D'altra parte, solo perché non vediamo qualcosa non significa che non esista. La maggior parte della luce è invisibile agli occhi umani. È il caso dei fotoni ultravioletti, come quelli del Sole, che oltre ad abbronzarci sono più energetici di quelli visibili e, quindi, sottopongono il nostro corpo a una spinta maggiore.
A che serve sapere quanto pesa la nostra ombra?
La differenza di peso tra un oggetto illuminato e uno che non lo è è trascurabile. Tuttavia, queste considerazioni sono state la ragione del Premio Nobel per la Fisica 2018 che è andato ad Arthur Ashkin, Gérard Moureau e Donna Strickland, per lo sviluppo delle "pinzette ottiche", un metodo per catturare e manipolare piccoli oggetti utilizzando la pressione di radiazione di un laser.
Una sorgente di luce laser, in cui i fotoni si muovono in modo coerente, come se fossero coordinati, può essere utilizzata per spostare oggetti con grande precisione. I primi esperimenti sull'argomento risalgono agli anni '60, incentrati sullo studio dei processi biologici. Oggi, un altro campo che utilizza la pressione delle radiazioni su larga scala è l'esplorazione dello spazio.
Tecnologia per viaggi interstellari
Poiché la spinta dei fotoni dipende dalle dimensioni della superficie che colpiscono, può diventare rilevante se consideriamo una regione sufficientemente grande. Così sono state progettate le “vele solari”: un modo rivoluzionario di spingere gli aerei nello spazio, costituito solo da un'ampia superficie che riflette la luce solare.
Questa tecnologia è considerata adatta per un uso futuro nei viaggi interstellari. Sebbene queste idee possano sembrare fantascienza, la prima astronave capace di utilizzare la luce solare per cambiare la sua orbita attorno alla Terra è stata lanciata nel giugno 2019 come parte di un progetto aerospaziale chiamato LightSail. La NASA prevede inoltre di sperimentare queste nuove tecnologie di propulsione nello spazio con il lancio nel 2022 di ACS3, un veicolo spaziale delle dimensioni di un tostapane che utilizzerà queste vele per cambiamenti di orbita.