Esperimento di Michelson-Morley
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L'esperimento di Michelson-Morley, è uno dei più famosi ed importanti esperimenti della storia della fisica. Venne eseguito nel 1887 nell'attuale Case Western Reserve University ed è considerato la prima forte prova contro la teoria dell'etere luminifero.
La fisica nel XIX secolo postulava che le onde (luminose, sonore, etc.) dovessero avere un mezzo che consentiva la loro propagazione. Nel caso della luce si era ipotizzata l'esistenza di un "etere luminifero" come mezzo di propagazione.
L'esperimento originale utilizzò più specchi di quelli mostrati, la luce veniva riflessa avanti e indietro diverse volte prima di ricombinarsi.
Durante il XVIII secolo si riteneva che l'aria fosse formata da una sostanza invisibile a cui i fisici diedero il nome di etere e che ogni corpo in movimento nell'universo producesse un vento d'etere che si muoveva alla stessa velocità del corpo in movimento ma con direzione opposta. Per esempio, la Terra si muove nell'universo a 30 km/s perciò ci dovrebbe essere un vento a 30 km/s che spazzerebbe la Terra in direzione opposta al proprio cammino. Qualsiasi cosa immersa nell'etere sarebbe influenzata dal vento, compresa la luce.
Albert Abraham Michelson, che aveva insegnato fisica all'istituto di Cleveland in Ohio, decise di provare a misurare la velocità della luce per vedere se si trovava traccia del vento d'etere, usando a tale scopo uno strumento da lui stesso ideato che successivamente prese il nome di interferometro di Michelson. Se il vento d'etere fosse esistito la velocità della luce sarebbe stata diversa nelle varie direzioni, quindi, guardando all'interno dell'interferometro, si sarebbero viste delle frange di interferenza. Utilizzando questo dispositivo sperimentale Michelson effettuò nel 1881 un certo numero di misure, non rilevando lo spostamento minimo previsto delle frange di interferenza (i dati vennero pubblicati da Michelson nello stesso anno). Tuttavia il suo apparecchio prototipale non aveva la precisione sufficiente per escludere con certezza l'esistenza del movimento nell'etere. Per questo decise di effettuare esperimenti più precisi e, nel 1887, si mise in contatto con Edward Morley, che offrì il suo seminterrato per il nuovo esperimento. A tale scopo venne utilizzato un interferometro montato su una lastra di pietra quadrata di 15 cm di lato e circa 5 cm di spessore. Per eliminare le vibrazioni la lastra veniva fatta galleggiare su mercurio liquido, il quale accorgimento permetteva di mantenere la lastra orizzontale e di farla girare attorno ad un perno centrale. Un sistema di specchi inviava il raggio di luce per un percorso di otto viaggi di andata e ritorno allo scopo di rendere il viaggio del raggio di luce più lungo possibile. Anche con il nuovo esperimento non si trovò traccia di un vento d'etere in quanto la velocità della luce era indipendente dalla direzione e di poco inferiore a 300000 km/s. La cosa non accadde neanche ripetendo l'esperimento a distanza di tempo e di luogo.
Con questi esperimenti fallisce la legge di composizione galileiana delle velocità nel caso della luce, poiché appunto la luce non viene "trascinata" da nessun mezzo fisico. Due spiegazioni sono possibili al fallimento dell'esperienza di Michelson e Morley:
- il braccio dell'interferometro nella direzione del moto dell'etere si accorcia (contrazione di Fitzgerald)
- la velocità della luce è la medesima in tutte le direzioni
Einstein accetta la seconda soluzione che va considerata come una riprova dell'isotropia dello spazio per tutti gli osservatori. La spiegazione di tale risultato secondo Einstein è che non vi è nessun etere.
La conclusione, che la velocità della luce è indipendente dal moto della sorgente e dell'osservatore, fu l'ipotesi da cui partì Einstein per sviluppare la teoria della relatività ristretta.
[modifica] Bibliografia
- (EN) A. A. Michelson. American Journal of Science, 1881, 22, 20.
- (EN) A. A. Michelson e E. W. Morley. Ivi, 1887, 34.
- (EN) A. A. Michelson. Studies in Optics. Dover Publications, 1995. ISBN 978-0486687001
- (EN) R. Shankland et al. Reviews of Modern Physics, 1955, 27, 167.
