Michelson – Morley e la Terra piatta

Articolo N. 24

Da Tesla, Maxwell, Lord Kelvin, Thompson e molti altri abbiamo imparato che la luce si muove attraverso un mezzo chiamato etere. Un’onda che richiede un mezzo denso per propagarsi si chiama elastica o meccanica perché si muove attraverso un mezzo elastico cioè con caratteristiche meccaniche.

Michelson e Morley hanno fatto un esperimento per verificare se l’etere esiste davvero. È un esperimento di interferenza di luce. L’interferenza si verifica quando due onde si sommano, formando un’onda risultante che può avere una maggiore, minore o uguale ampiezza.

Interferenza

Un’onda che si muove lungo l’asse x è descritta da un’espressione che soddisfa l’equazione delle onde (equazione di D’Alembert):

Dove f è la funzione d’onda, v è la velocità dell’onda. La soluzione dell’equazione è l’onda armonica descritta da quanto segue:

Dove A è l’ampiezza dell’onda, k è il fattore d’onda, ω è la pulsazione e φ0 è la fase iniziale. Consideriamo 2 onde e le sommiamo (interferenza):  f=f1+f2.

L’interferenza è detta costruttiva quando

In questo caso l’ampiezza sarà:

L’interferenza è invece distruttiva quando:

E in questo caso l’ampiezza è:

Con strumenti specifici (ad esempio specchi di Fresnel) è possibile visualizzare l’interferenza tra due onde coerenti che si manifestano con frange che sono zone illuminate alternate a zone oscure.

Un raggio di luce che fuoriesce dalla sorgente S viene in parte riflesso nello specchio mobile M1 e in parte trasmesso allo specchio fisso M2. I raggi di luce di ritorno di M1 e M2 colpiscono prima  il separatore di raggi e quindi sono lanciati contro il rilevatore che è il fuoco della lente detta “splitter”. Il rilevatore riceve due raggi di luce coerenti che vengono trasportati dalla stessa sorgente. “Coerente” significa che questi raggi hanno lo stesso angolo di fase. Questi raggi, uno da M1 e un altro da M2, interferiscono o si sovrappongono rinforzandosi o indebolendosi a vicenda, a seconda del percorso ottico che proviene dalle distanze AM1 e AM2.

Modificando opportunamente la distanza AM1, è possibile produrre in O (il rivelatore) frange di interferenza con un massimo o minimo di intensità. Variando la distanza AM1 di λ / 4 (essendo λ la lunghezza d’onda del fascio di luce fuso) puoi passare da un minimo a un massimo. Una lente di compensazione viene utilizzata per produrre esattamente lo stesso percorso ottico nei due raggi.

Nel 1881 Michelson e Morley fecero un esperimento per esaminare se, così come il suono richiede un mezzo elastico (come aria o acqua o un mezzo solido) così faccia anche la luce richiedendo un mezzo elastico di propagazione detto etere.

L’etere dovrebbe essere presente dappertutto, nello spazio, per permettere alla luce di raggiungere la Terra dalle stelle. Ciò implica che lo spazio non è vuoto: il vuoto è solo un vuoto d’aria ma non un vuoto assoluto.

Chiamiamo c la velocità della luce nell’etere. Quando ti sposti verso il raggio di luce all’interno dell’etere fisso con una velocità v misurerai la velocità totale della luce c + v. D’altra parte, misurerai c-v quando ti muovi nello stesso verso del raggio di luce. Questa espressione è coerente con la normale relatività galileiana.

Michelson e Morley pensavano che questo principio di relatività Galileiana potesse essere usato per verificare se l’etere esiste. Essi pensarono che un interferometro potesse essere usato per valutare la variazione della frangia di interferenza causata della velocità della Terra.

La loro idea era la seguente: quando metti un ramo dell’interferometro nella direzione della velocità periferica della Terra v e l’altro ramo perpendicolare al primo, otterrai un disegno ben preciso delle frange di interferenza.

 Quindi, ruotando l’interferometro di 90 gradi, è possibile invertire i due rami dell’interferometro. Poiché il percorso ottico cambia, anche le frange di interferenza dovrebbero cambiare.

Consideriamo il calcolo. I due rami dell’interferometro, AM1 e AM2, hanno la stessa lunghezza. Il ramo AM2 viene ruotato nella direzione del movimento del laboratorio e relativamente all’etere cosmico. Quando consideriamo l’etere come immobile, fissato alle stelle, la direzione e l’entità della velocità terrestre v dovrebbero dipendere dall’ora del giorno e dal giorno dell’anno.

Secondo la legge S = v ∙ t (dove S sta per spazio, v sta per velocità, t rimane per tempo) del moto rettilineo uniforme, il raggio di luce che va da A a M2 richiede un tempo t = l / (c-v ). Per tornare da M2 ad A ci vuole un tempo t = l / (c + v). Il tempo totale per il ramo AM2 è

l è la lunghezza del segmento percorso dalla luce.

Il tempo t1 dell’altro ramo (AM1) ha un valore diverso. In questo caso devi ricordare che durante il tempo t1 la Terra continua a muoversi. Quindi la traiettoria totale del raggio è triangolare. Mentre il raggio di luce si sposta da A a M1, lo specchio A si sposta nella direzione della velocità della Terra. Questa distanza AA ‘può essere calcolata prendendo in considerazione la velocità v e il tempo t1 necessario affinché la luce raggiunga M1 e torni ad A’.

Quindi hai AA’= vt1. Il raggio di luce deve quindi percorrere la distanza AM1A’= 2AM1 con una velocità c. Il tempo necessario sarà:

Il risultato sarà:

questi due raggi coerenti si sovrappongono nel punto O in un modo che dipende da t1 e t2. Quindi, quando si ruota l’interferometro per portare il ramo AM1 nella direzione della velocità del laboratorio e rispetto all’etere, t1 e t2 cambiano, quindi dovrebbe esserci una differenza di fase nei due raggi in O con un conseguente cambiamento delle frange di interferenza.

Ogni volta che questo esperimento è stato ripetuto, in diverse ore del giorno e in diversi giorni dell’anno, ha sempre dato lo stesso risultato: nessun cambiamento di frange di interferenza.

Ovviamente, quando gli scienziati cercarono di spiegare questo risultato, nessuno immaginò che la Terra fosse immobile. Quindi, Einstein risolse il problema secondo la sua famosa affermazione sulla base della quale in seguito basò la sua teoria della relatività. Egli postulò che la luce si muova con uguale velocità c in tutte le direzioni e in tutti i diversi sistemi di riferimento. Inoltre, secondo Einstein, questa sarebbe la massima velocità raggiungibile: un limite imbattibile che non può essere superato. Di conseguenza gli scienziati hanno affermato che l’etere, inteso come il mezzo meccanico in cui si muove la luce, non può esistere.

Dal momento però che ci sono particelle di materia sicuramente in grado di viaggiare più velocemente della luce (vedi per esempio l’entanglement), la spiegazione per l’esperimento di Michelson Morley è che la Terra non si muove. In questo caso v = 0 e noterai che t1 e t2 diventano uguali:

(ciò significa nessun cambiamento nelle frange di interferenza). Questa è l’idea principale: le formule dietro questo esperimento diventano incredibilmente semplici se consideriamo la Terra immobile.

3 pensieri riguardo “Michelson – Morley e la Terra piatta

  1. La spiegazione dell’esperimento NON è che la Terra non si muove, ma è che l’etere NON esiste. Senza usare tante formule, basta capire che noi siamo come quella persona che viaggia sul vagone ferroviario immaginato da Einstein, pur essendo in movimento vede arrivare gli impulsi di luce nello stesso momento, diversamente da un osservatore esterno. https://www.youtube.com/watch?v=xLL7fmusdoI
    Non confondiamo causa con effetto.

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      1. Io e lei siamo sul vagone ferroviario, di notte, e dal finestrino si vede scorrere ogni tanto qualche luce: non ci sono vibrazioni e lei dice che il treno è fermo e son le luci che si muovono. Come prova mi porta che l’interferometro M e M montato sul treno non mostra variazioni di frange d’interferenza. Io le dico che la misura andrebbe fatta da un osservatore esterno per apprezzarne il movimento. Lei mi risponde che sono libero di pensare come tutto il gregge. Eppure la spiegazione è più che valida, basta uscire da quel micromondo del treno o aspettare che venga giorno.

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