II.b) Precursori della Teoria della Relatività

Alla fine del XIX secolo la Meccanica Classica di Newton e della relatività di Galileo era ormai consolidata e funzionava ragionevolmente bene. Malgrado ciò c’erano cose che sfuggivano e che non quadravano, erano le questioni, già menzionate, dell’elettromagnetismo, della natura della luce e delle onde elettromagnetiche in generale, la loro velocità e la struttura elementare della materia.

Questi temi intriganti di fisica spingevano gli scienziati a elucubrare possibili soluzioni, in un certo qual modo oggi avviene lo stesso con altri problemi. È forse stato sempre così?

Per analogia con il resto dei tipi di onde conosciute, si riteneva che le onde elettromagnetiche richiedessero di un mezzo per essere trasmesse.

Questo modello da confermare era basato sull’etere, mezzo in cui la luce era trasmessa, e con questo modello si pensava di trovare la velocità assoluta di un oggetto dipendente da un sistema di riferimento universale, in quanto la Terra non era più il centro della creazione ed il sistema tolemaico era stato completamente scartato già da molto tempo.

 
 

II.b.1. Le equazioni di Maxwell del movimento delle onde elettromagnetiche

Le equazioni di Maxwell descrivono il movimento delle onde elettromagnetiche. Siccome è un movimento ondulatorio, le equazioni di Maxwell aggiungono un’innegabile complessità matematica a causa della forma sinusoidale delle onde.

Nel 1869 le equazioni di Maxwell, consentendo di calcolare la velocità della luce o, in generale, le onde elettromagnetiche in modo teorico, spinsero gli scienziati di allora a cercare elementi per sostenere il modello classico e che inglobassero la dinamica del movimento della luce.

La velocità della luce determinata dalle equazioni di Maxwell è stata verificata sperimentalmente da Hertz nel 1887.

Ciò che nessuno si sarebbe aspettato era che, ciò che Maxwell calcolò per un mezzo di supporto della luce con delle condizioni specifiche, finisse per essere inglobato come assioma o postulato della relatività ristretta di Einstein, senza bisogno di un mezzo o indipendentemente dallo stesso.

Fino a quando tale etere non fu scoperto, la sua esistenza non poteva essere garantita; ma fu commesso un errore fatale con l’avvento della Teoria della Relatività di Einstein e con l’interpretazione dell’esperimento Michelson-Morley.

In altre parole, il movimento delle onde elettromagnetiche viene incluso del vuoto, indipendentemente dalle condizioni dello stesso sebbene la determinazione quantitativa della sua velocità dipendesse dalle costanti di permeabilità magnetica del vuoto µ0 e dalla permittività del vuoto (costante dielettrica) ε0. Curiosamente più avanti verrà aggiunto l’effetto della condizione dell’intensità gravitazionale mediante il Principio di Equivalenza della Relatività Generale.

Su Wikipedia ho visto una curiosità che avevo già sentito molte volte, fa riferimento all’equazione di onda elettromagnetica di Maxwell, che prevedeva un’onda la quale, contraria alle idee di allora, non aveva bisogno di un mezzo di propagazione; l’onda elettromagnetica si poteva propagare nel vuoto per la generazione mutua dei campi magnetici ed elettrici.

Strana affermazione quando dipendeva dalle costanti di cui sopra; in breve, la storia viene riscritta in molti modi diversi.

Meglio non fare commenti sulla storia della generazione mutua. Beh, fu un’idea ingegnosa.

La Meccanica Globale intende il cosiddetto campo elettrico e campo magnetico dell’equazione di onda elettromagnetica come le componenti perpendicolari necessarie fra loro per definire la forza di torsione, poiché questa si trova sul piano perpendicolare a quello della direzione della propagazione d’onda. In altri termini, la differenza accademici fra il campo magnetico e quello elettrico è del tutto convenzionale per cause storiche.

Certamente non solo ai tempi di Maxwell, ma anche in quasi tutto il XX secolo ed ancora oggi, viene confuso il vuoto con il vuoto globale, come su Wikipedia, sebbene alcune teorie quantiche comincino già ad ammettere che il vuoto classico non è così vuoto come si credesse.

Sorge poi un problema epistemologico pericoloso di filosofia della scienza, per accettare una proposizione viene accettato il ragionamento come veniva accettato in passato, e adesso dev’essere vero. Davvero interessante!

Nella sezione Proprietà delle onde di luce o fotoni del libro della Meccanica Globale c’è uno studio approfondito del movimento relativo delle onde elettromagnetiche e delle equazioni di Maxwell.