La più grande evidenza sperimentale fu non vedere niente: l’esperimento di Michaelson e Morley

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Quando dopo la seconda metà dell’ 800 James Clark Maxwell scrisse le sue famose equazioni e nel 1881 Hertz fornì l’evidenza sperimentale delle onde elettromagnetiche [vedi articolo A. Massafra 20 Gennaio 2010], si era ormai certi che la Meccanica di Galileo e Newton e l’elettromagnetismo dello stesso Maxwell potessero risolvere ogni questione fenomenologica.
Tuttavia rimanevano molte questioni aperte: quando si afferma che la velocità del suono è Vs =333 m/s nell’aria a 0° C, significa che il suono si propaga in un sistema di riferimento nell’aria, e, dando intensità, direzione e verso alla velocità, si è in grado di comporla con quella di un altro corpo in moto sempre in riferimento a quel sistema. Invece, affermare che la velocità della luce è c= 2.997925 *10^8 m/s nel vuoto, non palesa alcuna informazione circa il sistema di riferimento. Così, i fisici dell’800, ritenendo inconcepibile che un’onda non si propagasse in alcun mezzo, ne ipotizzarono l’esistenza di uno che permeasse tutto lo spazio, un sistema di riferimento privilegiato, assoluto e invisibile, dove solo in esso la velocità della luce è c e fu chiamato etere. Ogni corpo in moto, e quindi anche la luce, attraverso l’etere, produce un vento, detto vento d’etere, che si muove in ugual direzione e con la stessa intensità, ma con verso opposto del corpo stesso. Pertanto un osservatore in moto attraverso l’etere è in grado di fornire una misura della velocità della luce rispetto ad un sistema di riferimento. La Terra, muovendosi alla velocità di 30 km/s, non è solidale all’etere, così, nel 1887, Albert Abrahm Michaelson e Edward Williams Morley, idearono un esperimento con lo scopo di misurare la velocità della Terra rispetto all’etere. Una lastra di granito quadrata lunga 15 cm e spessa 5 cm era adagiata su una vasca contente mercurio ed ancorata ad un pernocentrale attorno al quale era libera di ruotare. Su di essa, era montato il famoso congegno che i due scienziati idearono per questo esperimento: l’interferometro (fig.1).
La sorgente S emette un raggio luminoso in direzione dello specchio S2 incidendo sullo specchio semitrasparente posto sul perno centrale P, disposto ad un angolo di 45° rispetto al raggio: parte di questo viene riflessa verso lo specchio S1 e un’altra parte trasmessa verso lo specchio S2. Del raggio riflesso da S1, una parte viene trasmessa da P e giunge in C; per il secondo, una parte viene riflessa verso P e poi in direzione di C, dove incontra il primo raggio. Indipendentemente dalla configurazione dell’apparato sperimentale, i cammini ottici dei due raggi luminosi sono differenti e pertanto provocheranno interferenza, così ruotanto l’interferometro di un certo angolo, è ragionevole aspettarsi che le frange d’interferenza si spostino di conseguenza, ed è proprio analizzando le frange d’interferenza, che Michaelson e Morley intendevano calcolare la velocità della Terra rispetto all’etere. Tuttavia per quanto ruotassero l’apparato in ogni direzione i due scienziati non osservarono mai nulla. A questo punto, mettere in discussione la fisica di Galileo e Newton o considerare fallaci le equazioni di Maxwell, per i fisici di quel tempo era considerata un’eresia, ma, a differenza delle eresie comunemente intese, la fisica è una scienza esatta e non erano sbagliate le equazioni di Mawell o la meccanica newtoniana, era errato il metodo con cui esse venivano applicate. Fu Einstein, nel 1905, in eco a Poincarè e Lorentz, a dare una spiegazione. Egli postulò che la velocità della luce è la stessa in tutti i sistemi di riferimento, demolendo, con questo principio, la teoria dell’etere, spiegando perchè non furono mai viste frange d’intergerenza e infine, aprendo le porte alla Teoria della Relatività.
Sebbene ritenuto al tempo un “fiasco”, questo esperimento è uno dei più importanti esperimenti della storia, perchè fu quello che mandò in crisi l’intera comunità scientifica di fine 800, permise di stabilire l’invarianza della velocità della luce in tutti i sistemi di riferimento e infine, per l’innovazione tecnologica fornita dall’interferometro di Michaelson, Albert Abrahm Michaelson fu insignito del premio Nobel per la Fisica nel 1907.