L'esperimento di Michelson e Morley

L'esperimento di Michelson e Morley

Il più famoso esperimento atto a verificare l'esistenza dell'Etere fu elaborato e condotto da Albert Michelson fig.(8-a) e da Edward Williams Morley fig.(7-a) alla fine del XIX secolo. Questo esperimento necessitava di un'apparecchiatura molto sofisticata ed in grado di ottenere una precisione sui risultati elevatissima, con un errore dell'ordine di 10^-8. Lo strumento adatto era un interferometro elettronico. Questo era composto da una sorgente luminosa in grado di indirizzare un raggio luminoso verso uno specchio semiriflettente inclinato di 45°, il quale, a sua volta, dopo aver scomposto il raggio luminoso in due raggi ortogonali tra loro (uno riflesso e l'altro trasmesso) li indirizzava verso degli specchi totalmente riflettenti che rispedivano indietro i raggi appena giunti e li convogliavano dentro uno strumento ottico in grado di rilevare interferenze costruttive o distruttive. Vedi fig(14-a). Se le onde fossero giunte nel medesimo istante, lo strumento avrebbe rilevato un'interferenza costruttiva, ciò avrebbe comportato la caduta del concetto di Etere. Lo strumento di Michelson era, come è ovvio, solidale con la Terra la quale compie un giro di rivoluzione attorno al sole alla velocità di 29785,189 m/s. Ipotizziamo il sole in quiete rispetto all'Etere e deduciamo quindi che la Terra, con lo strumento a lei solidale, si muove rispetto all'Etere con la stessa velocità con la quale si muove attorno al sole. Poiché le lunghezze dei due bracci dell'interferometro erano identiche e pari a 11m, si ipotizzò che i due fasci di luce che colpivano l'obiettivo potessero essere in opposizione di fase a causa del "vento di Etere". Per rendere intuitivo questo discorso si pensi ad un nuotatore che decida di attraversare ortogonalmente il corso di un fiume la cui acqua scorre ad una certa velocità. Per l'osservatore posto sulla riva si possono riconoscere due tipi di velocità: una perpendicolare alla corrente, l'altra parallela alla corrente. Nel caso dell'interferometro il tempo impiegato dalla luce per percorrere la distanza l₂, parallela al "vento di Etere", considerando andata e ritorno è:

In quanto la luce, la cui velocità è supposta c nell'Etere, ha una velocità c + v nel verso della corrente e c - v nel verso contrario secondo la legge galileiana di addizione delle velocità. Il tempo impiegato, invece, a compiere la distanza l₁ andata e ritorno sarà in generale diverso in quanto il mentre il raggio si avvicina allo specchio questo si muove:

Il calcolo dei tempi è stato eseguito una volta nel riferimento della Terra e una volta nel riferimento dell'Etere, ciò non costituisce un problema poiché l'esperimento è stato ripetuto ruotando l'inetrferometro di 90°.

Nel primo caso abbiamo che la differenza dei tempi è:

dopo aver ruotato lo strumento la nuova differenza di tempi è:

Calcolando quindi la differenza tra i due intervalli di tempo:

Questa ipotetica differenza degli intervalli di tempo avrebbe dovuto generare delle frange di interferenza, invece l'esperimento ha dato esito negativo in quanto i due segnali luminosi giungevano sempre in fase.