6. Due postulati
Primo postulato:
il principio di relatività,
Secondo postulato:
l’invarianza della velocità della luce
Verificato per tutti i fenomeni meccanica MA l’lettromagnetismo è
un problema:
• magnete-spira
• luce
I due postulati sembrano essere in contraddizione:
Prima di continuare dobbiamo analizzare in dettaglio un esperimento famoso.
Coerente con la teoria dell’elettromagnetismo di Maxwell MA
contro il principio di relatività galileiano.
7. Esperimento Michelson e Morley:
premessa 2
Aereo:
Quanto tempo impiega
l’aereo per compiere
l’intero tragitto?
8. Esperimento Michelson e Morley:
premessa 2
Aereo con il vento: Quanto tempo impiega l’aereo
per compiere l’intero tragitto?
9. Esperimento Michelson e Morley:
premessa 2
Supponiamo di voler scoprire se c’è vento oppure no.
Potremmo misurare il tempo impiegato dall’aereo per compiere il tragitto da
A a B e ritorno e controllare se:
E’ ora di parlare dell’esperimento di Michelson e Morley
10. Esperimento Michelson e Morley (1887)
Scopo: rivelare l’etere
Albert Abraham Michelson
Nobel fisica 1907
Edward Morley
Nota: se l’etere fosse realmente esistito, la velocità della luce sarebbe
stata diversa nelle varie direzioni e quindi si sarebbe evitata la
contraddizione col principio di relatività galileiano.
11. Esperimento Michelson e Morley
Aereo: LUCE
Vento: ETERE
E’ possibile misurare direttamente delle differenze di tempo così piccole?
NO … FORSE SI’
12. Aereo con il vento: Quanto tempo impiega l’aereo
per compiere l’intero tragitto?
Torniamo all’esempio dell’aereo
13. Aereo con il vento: Quanto tempo impiega l’aereo
per compiere l’intero tragitto?
Torniamo all’esempio dell’aereo
14. Torniamo all’esempio dell’aereo
v è la velocità dell’etere rispetto alla Terra.
Visto che si ipotizzava che l’etere fosse fisso rispetto al sole, v corrisponde
alla velocità della Terra attorno al sole, cioè
V= 30 000 m/s
15. Esperimento Michelson e Morley
Lampo di genio
(che consegna il premio Nobel a Michelson nel 1907) :
Michelson inventa lo strumento adatto per effettuare la
misura: l’interferometro, che valuta lo sfasamento delle
onde, cioè sfrutta il fenomeno dell’interferenza.
Vedi video sul funzionamento dell’interferometro
16.
17. Esperimento Michelson e Morley
Il tempo impiegato dalla luce per percorre avanti e indietro il ramo
dell’interferometro parallelo al movimento dell’etere è un po’ più
lungo del tempo impiegato dalla luce per percorrere avanti e
indietro il braccio perpendicolare al moto dell’etere.
18. Esperimento Michelson e Morley
Michelson e Morley usano luce proveniente dal sodio:
Sul rivelatore arrivano due onde sfasate, dovremmo avere
quindi interferenza.
A patto che l’etere ci sia.
19. Esperimento Michelson e Morley
In realtà è impossibile avere la situazione sperimentale in cui i
due percorsi siano uguali.
M e M usano un interferometro con due bracci di lunghezza
diversa,fanno una misura, poi ruotano tutto l’apparato di
90° e fanno una seconda misura.
Visto che il tempo impiegato dalla luce per percorrere il
braccio nella direzione dell’etere è un po’ più lungo di
quello nella direzione perpendicolare, le due misure (una
ruotata di 90° rispetto all’altra) dovrebbero dare risultati
diversi (con i bracci uguali darebbero risultati uguali).
Invece no.
22. Esperimento Michelson e Morley
3 possibili spiegazioni:
1.La Terra trasporta con sé l’etere
No, aberrazione stellare: bisogna inclinare il telescopio, non c’è
trascinamento dell’etere.
2. Lorentz-Fitzgerald : contrazione dello spazio dovuta
all’azione dell’etere sulla materia che compensa
pefettamente il ritardo dovuto al fatto di essere
“controvento”.
3. Poincarè: teoria matematica del tempo. Il tempo cambia
viaggiando “contro-etere”.
23. L’approccio di Einstein
Einstein non cerca di spiegare l’esperimento di Michelson e
Morley, del quale era a conoscenza, ma che pare non abbia
influenzato la nascita della teoria della relatività ristretta.
Einstein si lascia guidare dalle asimmetrie.
Costruisce la sua teoria dai postulati e POI verifica se la teoria
è in accordo con l’esperimento.
25. La sorgente si muove: Alice vede ancora la luce
viaggiare a velocità c. Niente di strano , è un risultato
della teoria delle onde.
26. Alice e l’etere si muovono verso la sorgente:
questo è il caso in cui la velocità di un’onda
cambia; Alice dovrebbe vedere la luce arrivare
con velocità v+c.
28. L’approccio di Einstein
Primo postulato:
il principio di relatività
Secondo postulato:
l’invarianza della velocità della luce
La velocità della luce è sempre c, anche nel caso in cui sia
tutto il mezzo a muoversi, indipendentemente dal sistema di
riferimento.
L’etere è superfluo.
Notas del editor
Leggi fino alla parte evidenziata in giallo, cioè i due postulati della relatività ristretta.
La risposta sta nella contrazione delle lunghezza: la densità di carica di elettroni e ioni nel filo ora è diversa a causa del fatto che gli ioni sono in movimento, quindi per loro il filo è più corto, la densità di carica è più alta e quindi q (che è positiva) sente una forza di repulsione verso l’alro che equilibra la forza magnetica verso il basso.
Se la velocità è la stessa, la lunghezza d’onda diminuisce (vedi disegno) e la frequenza aumenta.
