II.b.2. L’esperimento di Michelson-Morley

Va segnalato che non si discute né si nega qui la validità di questo grande esperimento nei suoi aspetti tecnici. Un’altra cosa sono le sue premesse e le sue interpretazioni fisiche.

In questa pagina viene descritto l’esperimento fisico nell’insieme; cioè, premesse, presupposti e conclusioni. Da una parte, vengono discussi i presupposti sia di riposo rispetto all’etere luminifero che di movimento relativo e dall’altra sia l’interpretazione ortodossa dei risultati di uno dei grandi esperimenti di Fisica Moderna che l’alternativa offerta dalla Fisica Globale.

L’importanza di questo esperimento è determinante perché, unitamente alle predizioni della Relatività Generale, è ritenuto la base o il supporto più importante della Teoria della Relatività di Einstein.

L’esperimento di Michelson-Morley, condotto nel 1887, cercava di verificare il modello classico dell’etere luminifero.

Tale modello ammetteva le seguenti premesse:

  • La luce necessitava dell’etere luminifero per spostarsi.
  • L’etere luminifero sarebbe in situazione di riposo assoluto.
  • La velocità della luce è indipendente da quella della propria fonte.
  • La velocità della luce era costante nel vuoto.

Michelson e Morley concepirono uno strumento in grado di rilevare la velocità della Terra rispetto al riposo etereo per ottenere in questo modo un sistema di riferimento a riposo assoluto.

Le figure seguenti mostrano l’ipotetico percorso della luce nell’esperimento fisico. L’idea consiste nel raffrontare le due possibili situazioni di movimento relativo dell’interferometro rispetto al presunto etere luminifero:

  1. Interferometro di Michelson e Morley a riposo rispetto all’etere luminifero.

    La luce è emessa da una lanterna verso uno specchio semitrasparente trasversale, in modo tale che dei raggi lo attraversano (momento t1) e proseguono la loro traiettoria retta fino a uno specchio non trasparente (momento t2); mentre altri raggi di luce vengono deviati verso l’alto fino a giungere a un altro specchio non trasparente (momento t2)

    Esperimento Michelson-MorleyRiposo con l’etere luminifero
    Interferometro di Michelson e Morley in riposo rispetto all’etere luminifero

    Siccome le distanze "a" e "b" fra lo specchio semitrasparente e gli specchi normali (orizzontale superiore e verticale destro) sono uguali, la luce raggiungerà simultaneamente tali specchi (momento t2) e tornerà in entrambi i casi verso lo specchio semitrasparente.

    La ricerca è stata disegnata in modo tale che i diversi fasci di luce dell’apparecchio ritornano contemporaneamente allo specchio semitrasparente (momento t3) ed entrambi vengono deviati verso il basso per giungere infine a una lastra (momento t4)

    Nella lastra inferiore si potranno osservare le interferenze fra i due fasci di luce. L’aspetto significativo di questo esperimento di fisica non sarebbe lo schema di interferenze, ma il fatto che esse rimangano fisse mentre l’apparecchio dell’interferometro gira, in quanto anche le distanze percorse sono fisse e la velocità della luce si intende costante e indipendente dalla propria fonte.

  2. Interferometro di Michelson e Morley in movimento relativo all’etere luminifero.

    L’intenzione era misurare la differenza di tempo impiegato dalla luce per percorrere spazi uguali fra diversi specchi ma che, essendo gli uni allineati con la direzione della Terra e gli altri perpendicolari alla stessa, sarebbero diversi per effetto della velocità della Terra.

    La seconda figura illustra il percorso della luce quando gli specchi sono solidari con la Terra e si spostano con essa in movimento relativo rispetto al presunto etere luminifero. Nella suddetta figura è stata esagerata la velocità degli specchi rispetto alla velocità della luce, allo scopo di visualizzare le variazioni nelle distanze provocate dal movimento degli specchi, il ragionamento rimane ciò nonostante lo stesso.

    Per non rendere troppo lunga e contorta la spiegazione, vediamo a titolo d’esempio il seguente caso. Il momento t1 sarà lo stesso della prima figura, ma il momento t2 sarà posteriore al suo corrispondente in tale figura, in quanto lo spazio "b" sarà aumentato di una quantità "c" con lo spostamento dello specchio non trasparente (specchio verticale) nella direzione della Terra. Questo spazio "c" è dovuto al tempo impiegato dalla luce per effettuare il percorso "b" più quello impiegato per raggiungere lo specchio verticale.

    Inoltre, lo spazio fino allo specchio superiore aumenterà, tale spazio sarà però la media geometrica di "a" e "c", secondo il teorema di Pitagora. Detto in altri termini, l’incremento dello spazio dipenderà dall’angolo della direzione iniziale della velocità della luce e della nuova direzione fino allo specchio superiore.

    Esperimento Michelson-MorleyMovimento rispetto a etere luminifero
    Schema interferometro di Michelson-Morley in movimento rispetto a etere luminifero

    Come si può osservare, le due distanze percorse dai raggi di luce non saranno più uguali, la stessa cosa avverrà con le distanze nel percorso di ritorno allo specchio semitrasparente e ciò dovrà far sì che le interferenze prodotte fra i due fasci di luce siano diverse.

    Di conseguenza, cambiamenti successivi nell'angolo della disposizione degli interferometri rispetto alla direzione della Terra dovrebbero riflettersi in variazioni associate nelle zone di interferenze dei fasci di luce sulla lastra al termine del percorso.

    Il calcolo delle distanze e delle loro variazioni in funzione dell’angolo e delle interferenze non offre eccessivi problemi e dovrebbe aver consentito di dedurre la velocità della luce rispetto all’etere luminifero.

    Tuttavia, la conclusione di questo esperimento empirico è che non avverrà nessuna variazione nelle zone di interferenza sulla lastra finale con i cambiamenti nell’angolo dell’interferometro. La luce si comportava cioè secondo i presupposti delle due figure in modo identico.

  3. Risultato e interpretazione.

    Vediamo due interpretazioni piuttosto diverse di questo esperimento, nonostante entrambe accettino pienamente i risultati sperimentali.

    • Fisica Moderna ortodossa.

      Dunque, l’esperimento è stato disegnato supponendo che lo strumento non sarebbe stato a riposo rispetto all’etere luminifero, essendo situato sulla Terra ed avendo questa una velocità approssimata di 30 km/s nella sua orbita rispetto al Sole.

      Il risultato di questo esperimento scientifico fu totalmente inaspettato. Le zone di interferenza non variavano affatto quando l’interferometro girava, era il risultato previsto al punto 1 precedente in cui la Terra si supponeva a riposo rispetto all’etere luminifero. Anziché risolvere il problema della velocità della luce, lo mise ancor più in evidenza.

      L’effimero etere luminifero si perse quindi indefinitamente, essendo la condizione principale dell’esperimento di Michelson Morley, inoltre era stata ammessa la bontà tecnica dell’esperimento.

      Cominciava la ricerca di una spiegazione a un comportamento così particolare della luce. Si sa già, a mali estremi, estremi rimedi! La Teoria della Relatività di Einstein!

    • Fisica Globale.

      L’interpretazione della Fisica Moderna in generale, e della  Teoria della Relatività in particolare, è errata in quanto contiene una generalizzazione implicita, venendo effettuata in funzione delle premesse teoriche con le quali è stata disegnata la ricerca iniziale. Se tali premesse sono errate o parziali, lo saranno anche le deduzioni basate su di esse. Detto altrimenti, la non esistenza di un etere luminifero fisso o assoluto non significa né dimostra che la luce non possa avere un supporto che a sua volta sia mobile e non omogeneo, come ad esempio l'aria o l'acqua per il suono.

      L’aspetto curioso è che i risultati con supporto mobile solo sarebbero coerenti con quelli reali se fosse solidario con la Terra o, vale a dire lo stesso, se l’interferometro stesse a riposo rispetto al supporto mobile (equivalente a quanto previsto dal presupposto 1 precedente), il che risulta piuttosto familiare al sistema di riferimento tolemaico, pur essendo cose diverse.

      Per questa ragione, e per aver generalizzato oltremodo l’indipendenza della fonte della velocità della luce, immagino che non venne accettata una delle possibili spiegazioni alternative, la quale afferma che qualcosa di simile all’etere luminifero si sposterebbe con la Terra. La proposta della Fisica Globale è una struttura reticolare della materia, elastica e infrangibile, che supporta il campo gravitazionale e questo, a sua volta, è mezzo di supporto di energia elettromagnetica.

      Va segnalato che l’idea di un etere diverso da quello classico non è esclusiva della Fisica Globale, infatti anche la nota Teoria delle Stringhe propugna qualcosa di simile a un etere di piccole stringhe vibranti. Allo stesso modo, la così tanto dimostrata Meccanica Quantica utilizza l'espressione schiuma quantica o vuoto quantico e non menziona la parola etere con diverse caratteristiche. Anche la famosa fabbrica dello spazio-tempo sarebbe un etere se ha qualsiasi tipo di proprietà meccaniche.

      A Fisica Globale descrive due tipi di etere.

      • Etere globale o etere gravitazionale –struttura reticolare de la materia qui sopporta la gravità o energia potenziale, l’energia cinetica e la massa.

      • Etere luminifero –campo di gravità o tensione della curvatura longitudinale della struttura reticolare della materia.

      Inoltre, i classici anche parlato di due tipi di mezzo di supporto, l'etere gravitazionale e l'etere luminifero. Per esempio Descartes, il suo discepolo Christian Huygens e Nikola Tesla.

      E per di più, le stesse equazioni di Maxwell includono una costante dielettrica del vuoto diversa da zero, ci sarà quindi qualcosa che provoca il significato fisico dell’esistenza di tale costante dielettrica. Una cosa diversa è voler capire o no il significato fisico della costante nei materiali nel vuoto e non puramente matematico, e se non si sa, bisognerebbe almeno ammettere che deve averlo.

      In questa materia riappare un parallelismo con ciò che avviene con il metodo scientifico e la Teoria di Darwin, se dici qualcosa di diverso dall’ortodossia imperante, tutti pensano alla religione, è come se ci fossero solo due colori nell’universo: il bianco e il nero.

      Siccome l’interferometro di Michelson e Morley è uno dei grandi esperimenti di fisica, data la sua implicazione nella comparsa della Teoria della Relatività di Einstein, a esso vengono dedicate altre due pagine nel libro di Esperimenti di Fisica Globale, con altri esperimenti scientifici e fenomeni naturali riguardanti la materia.

      Nella pagina dedicata a Fisica ed esperimenti con la gravità viene illustrata un’interpretazione alternativa all’interno di una geometria euclidea, basata sulla Fisica Globale, la quale propone di condurre lo stesso esperimento di interferometria nello spazio, lontano dall’orbita della Terra, per confermare un’interpretazione o l’altra.

      Una spiegazione dettagliata del disegno e degli obiettivi del nuovo esperimento scientifico si trova alla pagina Lontano Michelson-Morley (LMM). Il progetto LISA (Laser Interferometer Space Antenna) della NASA condurrà un esperimento nello spazio identico al suddetto Lontano Michelson-Morley (LMM), ma allo scopo di dimostrare ancora una volta la Relatività Generale. È buffo, perché io credo che il risultato sarà più inaspettato di quello dell’inizio del XX secolo e che significherà la scomparsa della Teoria della Relatività.

      Anzi, forse alla Fisica succederà quello che è successo all’Alchimia, così tanti errori e così grandi con il vuoto filosofale che alla fine cambiò nome. È un aspetto della scienza sperimentale simile ai cicli dell'economia nel lungo periodo.