DA ARISTOTELE AD EINSTEIN
l'evoluzione della meccanica
4 LA CRISI DELLA MECCANICA CLASSICA

4.1 L’elettromagnetismo di Maxwell
Una volta sistematizzata la meccanica, i fisici, nella seconda metà dell’800, si dedicarono ai fenomeni elettrici e magnetici.
James Clerck Maxwell (1831 – 1879) riuscì ad unificare i due fenomeni in quattro equazioni che davano come conseguenza l’esistenza delle onde elettromagnetiche.
Si tratta di una perturbazione dei campi elettrico e magnetico, con una variazione nel tempo di tipo sinusoidale, su direzioni perpendicolari, la perturbazione si propaga poi nello spazio con una direzione perpendicolare al piano contenente i vettori B ed E.

4.2 L’etere e la velocità della luce

Un ulteriore passo avanti fu il riconoscere la luce come un’onda elettromagnetica di particolare frequenza.
L’opinione degli scienziati dell’epoca era che le onde elettromagnetiche si propagassero in un particolare mezzo, detto etere, alla velocità:

che corrisponde proprio alla velocità della luce ed in cui e₀ rappresenta la costante dielettrica assoluta del vuoto e m ₀ la permeabilità magnetica del vuoto.

Verso la fine del secolo Albert Abraham Michelson (1852 – 1931) tentò di misurare la velocità della Terra rispetto all’etere, che veniva così ad assumere il ruolo di riferimento assoluto dell’Universo, nel quale la luce aveva la velocità prima calcolata.
Per le sue misure realizzò un’apparecchiatura, detta interferometro di Michelson, in cui la luce, per mezzo di uno specchio semiargentato, percorreva due cammini di uguale lunghezza, ma posti in direzione rispettivamente parallela e perpendicolare al moto della Terra. Se c’era un moto relativo rispetto all’etere, allora i tempi di percorrenza dei due cammini sarebbero stati differenti e si sarebbero create particolari frange di interferenza.
L’esperimento fu ripreso da Edward Williams Morley (1838 –1923) nel 1905, ma in nessun caso si registrò alcun moto relativo del nostro pianeta rispetto all’etere.

L’esperimento di Michelson – Morley porta alla conclusione che la Terra trascina l’etere nel suo moto nello spazio. Altri fatti sperimentali, al contrario, dimostrano l’opposto, inoltre, per come era stata concepita la meccanica, ne risultava un’aperta contraddizione con l’elettromagnetismo. Una domanda che si ponevano i fisici dell’epoca era: che cosa succede se mi muovo alla velocità della luce?
La risposta non era certo semplice, infatti secondo la meccanica classica, un raggio di luce che si fosse spostato alla nostra stessa velocità, avrebbe probabilmente perso le sue caratteristiche di onda elettromagnetica, ma questo era assolutamente impossibile secondo la teoria di Maxwell.

Un primo tentativo per risolvere la questione fu fatto dall’irlandese George Francis Fitzgerald (1851 – 1901) ed indipendentemente dall’olandese Hendrik Antoon Lorentz (1853 – 1928).
Essi ipotizzarono che un corpo, per esempio il quadrato della figura, in movimento rispetto all’etere, subisse una contrazione nella direzione della velocità, data dall’espressione:

in cui b = v/c è il rapporto fra la velocità v rispetto all’etere e la velocità della luce c, per le consuete velocità, considerando l’elevato valore di c, b<<1, quindi la contrazione non è percettibile.
Per rendere invarianti le equazioni di Maxwell della propagazione di un’onda elettromagnetica, Lorentz propose un nuovo gruppo di trasformazioni che sostituisse le trasformazioni di Galileo.
Con un simile artificio matematico si riusciva a giustificare i risultati ottenuti all’interferometro, ma il suo significato sfuggiva agli scienziati tanto che fu respinto da alcuni di essi, anche perchè non era in accordo con altri fenomeni ottici.