La crisi della Fisica Classica
e la
Relatività dello Spazio e del Tempo
Prof. Michele Barcellona
Alla fine dell' '800 la Fisica sembrava giunta al culmine del proprio progresso
Vari settori venivano descritti da formalismi matematici adeguati e coerenti
La Meccanica (con l'Acustica e la
Teoria della Gravitazione)
Basata sulla Teoria di Newton
La Teoria della propagazione del calore , la
Termodinamica e la Teoria Cinetica della
materia
grazie a fisici del calibro di Gay-Lussac, Boyle,
Joule, Kelvin o Carnot
L' Ottica Fisica
Basata sulla Teoria ondulatoria di Fresnel
L' Elettromagnetismo
Che aveva raggiunto il culmine con
le Equazioni di Maxwell
Con le equazioni di Maxwell , termina la costruzione dell'imponente edificio del
pensiero umano cui diamo il nome di Fisica
classica
Tuttavia proprio grazie allo studio delle
equazioni di Maxwell che la fisica classica
entrò in crisi
Dalle equazioni di Maxwell si deduce il valore
costante della velocità della luce
Sorse però un problema:
Per il Principio di Relatività
Galileiano la velocità va riferita
ad un sistema di riferimento
Fu riesumato il concetto di
Etere
(presente nell'antica cosmologia greca)
A quale sistema si riferimento va riferito il
valore di c
?
Mezzo trasmissivo che pervade l'Universo
che permette di definire in rapporto a cosa
misurare la velocità della luce
b
La Terra si muove attorno al sole con velocità di circa
30 Km/s
Supponendo l'Etere solidale col Sole la Terra dovrebbe
muoversi rispetto all'Etere almeno con questa velocità
Se vale il principio di relatività di Galileo la velocità
della luce proveniente da una stella dovrebbe essere
diversa nei vari periodi dell'anno
b
Nel 1887 Michelson e Morley realizzarono un
apparato per misurare la velocità della Terra
rispetto all'Etere
Un fascio di luce monocromatica incide su una
lamina semiriflettente.
Una parte del fascio viene riflesso verso lo
specchio1 mentre il resto raggiunge lo specchio2
La luce riflessa dai due specchi raggiunge lo schermo
Sullo schermo i due fasci producono una figura di
interferenza costituita da frange chiare e scure alternate
https://youtu.be/d8bCu2z02mk
La Terra è ferma rispetto all'Etere
Poichè i due percorsi sono
uguali (2L) i tempi impiegati
dai due fasci riflessi sono
identici
La Terra si muove rispetto all'Etere
1) Tempo impiegato dal fascio parallelo alla velocità della Terra
https://www.youtube.com/watch?v=Z8K3gcHQiqk
La Terra si muove rispetto all'Etere
2) Tempo impiegato dal fascio perpendicolare alla velocità della Terra
Le figure di interferenza dipendono dalle differenze tra i tempi di percorrenza nei
percorsi orizzontale e verticale e quindi dalla velocità della Terra v rispetto all'etere
Ruotando di 90° l'apparato i tempi dei due percorsi si invertono:
Terra ferma
rispetto all'etere
Terra in moto
rispetto all'etere
Michelson e Morley non misurarono spostamento nelle fasce di interferenza
Possibili conseguenze :
1) La Terra è in quiete rispetto all'Etere
Impensabile! La Terra occuperebbe
una posizione privilegiata nell'Universo!
2) La velocità della luce e costante
(Equazioni di Maxwell esatte)
Il Principio di Relatività Galileiano non è
valido nell'elettromagnetismo
3) Il Principio di Relatività Galileiano
Le Equazioni di Maxwell non sono valide
(a quale sistema si riferisce il valore di c
da esse previsto?)
è sempre valido
Einstein risolse la contraddizione fra relatività galileiana e equazioni di Maxwell
modificando i concetti di base della Fisica: lo SPAZIO e il TEMPO che non potevano
essere considerati come entità assolute ma dipendenti dall'osservatore
https://www.youtube.com/watch?v=rBvBNfKuUtU
