Proviamo ad affrontare questa domanda della lezione precedente. I segnali radio e la luce viaggiano alla stessa velocità in tutte le direzioni? Questa sembra una domanda ingenua e invece nasconde molte insidie. Infatti abbiamo visto (lezione 1) che, quando si parla di moto, si deve parlare di moto relativo a qualche cosa. Quindi possiamo chiederci: la luce, rispetto al sistema terra, viaggia sempre alla stessa velocità? E se la risposta è sì, dobbiamo convenire che la terra è un sistema di riferimento privilegiato? Infatti, se c'è un sistema in cui la luce viaggia sempre alla stessa velocità, esso non dovrebbe essere unico?
Immaginiamo un sistema (uno scatolone immaginario, fatto da linee immaginarie) che si muove, rispetto alla terra, a velocità = 1/10 della luce = c/10. Se un segnale di luce parte dalla terra, allora, nel sistema “scatolone”, il segnale di luce dovrebbe viaggiare a 9/10 della velocità della luce = 9/10 di c. E se dallo scatolone rimandiamo indietro il segnale verso la terra esso, rispetto al sistema scatolone, dovrebbe viaggiare a 11/10 di c. Si sottrae 1/10 di c (velocità dello scatolone) all'andata e si aggiunge 1/10 di c al ritorno. Non tornano i conti? Se la terra è un sistema privilegiato nel quale la luce viaggia sempre alla stessa velocità, questi sono i conti. E perciò abbiamo anche dimostrato, che questo sistema privilegiato deve essere unico, perché nello scatolone non è così e altrettanto si può dimostrare per tutti i sistemi che si muovono rispetto alla terra! Ma la terra non può essere un sistema di riferimento così privilegiato! In realtà si era pensato che questo sistema privilegiato esistesse e si chiamasse “etere” e che la terra viaggiasse dentro l'etere. Per 6 mesi la terra doveva viaggiare in una certa direzione dentro l'etere e per gli altri 6 mesi doveva invertire direzione. E di conseguenza la velocità della luce misurata sulla terra doveva avere un valore un po' diverso a seconda di come la terra si muoveva dentro l'etere (e anche a seconda della direzione del raggio di luce sulla terra). La terra viaggia intorno al sole alla velocità di circa 30 Km al secondo e perciò, in 6 mesi, inverte la sua velocità, rispetto al sole (al sistema sole-stelle fisse) e al ricercato fantomatico “etere” di circa 60 Km al secondo, che è circa 1/5000 della velocità della luce. 1/5000 di c che è molto meno di 2/10 di c dell'altrettanto fantomatico “scatolone”, perciò potrebbe essere una differenza non così facile da trovare. Comunque è stato compiuto un esperimento, nel 1887, da Michelson e Morley, per verificare questa differenza di velocità della luce, misurata sulla terra che si muoveva dentro l'etere, ma l'esperimento non ha avuto alcun esito. Allora, quale è questo sistema di riferimento privilegiato nel quale la luce si muove alla velocità c che conosciamo, di circa 300.000 Km al secondo? La risposta è sconcertante: non esiste alcun riferimento privilegiato rispetto al quale la luce si muove a velocità c. Infatti la luce si muove a velocità c in ogni sistema di riferimento inerziale, i quali sono una classe di infiniti sistemi di riferimento (abbiamo visto che ogni sist. rif. che si muove di moto rettilineo uniforme rispetto a un sist. rif. inerziale è a sua volta un sist. rif. inerziale). Il nostro fantomatico scatolone che si muove a velocità rettilinea uniforme (1/10 di c) rispetto alla terra (la quale è in prima approssimazione un sist. rif. inerziale: dobbiamo solo immaginarla non in rotazione) è anch'esso un sist. rif. inerziale e dunque anche misurata lì la luce si muove a velocità uguale a c. Ma come è possibile? Se la luce si diparte dalla terra con velocità c e lo scatolone si diparte dalla terra con velocità 1/10 di c, per forza, misurata dallo scatolone la luce deve viaggiare a 9/10 di c! Questa sarebbe la conclusione logica, ma nessun esperimento ha mai trovato un sistema privilegiato per la luce ed Einstein è stato il primo che ha capito che esso non esisteva, cioè non esisteva nessun “etere” e che qualcosa andava cambiato radicalmente nel nostro modo di concepire la realtà fisica! Se la luce nel sistema terra viaggia a velocità c e nel sistema “scatolone” viaggia sempre a velocità c, allora se ne prende atto, e quello che cambia non è la velocità della luce relativa ai diversi “osservatori”, ma è il modo di misurare gli spazi e i tempi dei diversi osservatori! Due osservatori in moto relativo tra di loro misurano diversi spazi e diversi tempi per le stesse realtà fisiche! Ecco come se ne esce!
Nessun commento:
Posta un commento