Etere luminifero
Cleveland, luglio 1887. Michelson e Morley poggiano una lastra di pietra su un bagno di mercurio, vi montano degli specchi e la fanno ruotare lentamente. La Terra corre intorno al Sole a 30 km/s e, se la luce è un'onda in un etere immobile, il vento d'etere contrario dovrebbe spostare le frange nell'oculare di 0,4 di frangia. Si aspettavano lo spostamento. Non ci fu.
L'etere fu inventato perché un'onda ha bisogno di un mezzo. Il suono viaggia nell'aria, le onde nell'acqua — dunque la luce viaggia in qualcosa che riempie il vuoto. L'etere doveva essere più rigido dell'acciaio per portare onde così veloci, e al tempo stesso non ostacolare i pianeti. L'esperimento del 1887 mostrò che la luce si muove allo stesso modo in tutte le direzioni, comunque si muova la Terra. Nel 1905 Einstein ne fece una legge, e l'etere non servì più.
| Notazione | aether · luminiferous aether · senza simbolo |
| Come lo si cercava | dalla velocità della Terra attraverso l'etere — dallo spostamento delle frange di interferenza |
| Che cosa si supponeva | mezzo immobile · la velocità della luce dipende dal moto dell'osservatore |
| Introduzione e abbandono | Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson e Morley, 1887 · Einstein, 1905 |
| Notazione attuale | c = 299 792 458 m/s esatti, dal 1983 — per definizione del metro |
| Valori tipici | 0,37 di frangia — atteso nel 1887 · meno di 0,01 — osservato · 10⁻¹⁷ — precisione di oggi |
01 · Definizione
Il mezzo in cui corre la luce
Se la luce è un'onda nell'etere, ha una velocità rispetto all'etere, c. Un osservatore che vola attraverso l'etere dovrebbe vedere la luce più veloce quando gli viene incontro e più lenta quando lo insegue. La Terra corre intorno al Sole a 30 km/s — un decimillesimo di c. Era questa la differenza che si cercava di cogliere.
Misurare direttamente una correzione simile è impossibile: è troppo piccola. Michelson confrontò due percorsi della luce: lungo il vento e di traverso. Come un nuotatore che fa andata e ritorno lungo un fiume e da una riva all'altra: seguendo la corrente ci mette di più. La differenza è il quadrato di un rapporto piccolo, (v/c)² = 10⁻⁸. L'interferenza la rende visibile: uno sfasamento di una frazione d'onda sposta le frange chiare.
Chi torna per primo
Un fiume largo L scorre da sinistra a destra, le frecce lilla sono la corrente. Due nuotatori nuotano alla stessa velocità c: quello dorato lungo il fiume, andata e ritorno, quello azzurro di traverso, fino all'altra riva e indietro. Le barre in basso sono i loro tempi di percorrenza. Il nuotatore trasversale arriva sempre prima. Allo stesso modo il raggio che va di traverso al vento d'etere avrebbe dovuto precedere quello che va lungo il vento.
Ruota la lastra e guarda nell'oculare
L'azione principale è una sola — il pulsante «Ruota la lastra». La lastra di pietra galleggia sul mercurio e ruota lentamente. Al centro la si vede dall'alto: la lampada dorata, i raggi azzurri che vanno agli specchi alle estremità dei bracci, 16 riflessioni ciascuno, 11 m di percorso in tutto. I trattini lilla sono il vento d'etere, la cui velocità si regola con il cursore. A destra l'oculare: frange chiare e scure. Se l'etere esiste, le frange devono oscillare mentre la lastra ruota. Sotto l'oculare c'è il grafico: la curva lilla è lo spostamento secondo la teoria dell'etere, i punti dorati ciò che si vede. Il selettore «Mondo con etere / Mondo del 1887» mostra entrambe le risposte.
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02 · Conversione
L'etere non aveva un'unità, quindi convertiamo la velocità che si cercava. Lo spostamento delle frange nell'interferometro cresce come β², il quadrato della frazione della velocità della luce. Per la velocità orbitale della Terra β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.
Oggi nessuna velocità si misura «rispetto all'etere». C'è solo il moto rispetto alla radiazione cosmica di fondo: il Sole la attraversa a 370 km/s, ma è un moto apparente, non il vento di un mezzo.
| {n} | {v} | {note} |
03 · Ordini di grandezza
04 · Strumenti di misura
05 · Regole di scrittura
06 · Unità vicine
Il flogisto se n'è andato senza lasciare traccia, il calorico ha lasciato la caloria. L'etere ha lasciato più di tutti: le equazioni di Maxwell erano scritte per un etere elastico, e gli sono sopravvissute. E la velocità costante della luce, che ha abolito l'etere, è diventata essa stessa una base della misura: tramite essa è definito il metro.
07 · Sezione storica
L'esperimento del 1887 è un modello di come impostare una misura contro il rumore. La lastra di arenaria galleggiava sul mercurio, per poterla ruotare senza scosse. Si osservava in un seminterrato, a mezzogiorno e la sera, sedici letture per giro. Ci si aspettavano 0,4 di frangia; la dispersione delle letture era di circa 0,01.
Il risultato nullo diede un limite superiore: la velocità della Terra attraverso l'etere è inferiore a circa 5—8 km/s. Cento anni dopo la costanza della velocità della luce è entrata nella definizione del metro. Dal 1983 il metro è la distanza che la luce percorre in 1/299 792 458 di secondo.
Catalogo delle grandezze
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Una goccia d'acido cambia il colore del succo, il sale colora la fiamma, l'acqua gela con un colpo. Sotto, tutte le schede di Simetrium, per disciplina e in ordine alfabetico.
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