Il movimento nella Fisica Moderna: (relatività ristretta e ...
Le basi della relatività ristretta
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• Leggi come comincia l’articolo originale (tradotto in italiano) di Einstein del 1905:
• “Sull’elettrodinamica dei corpi in movimento”
Due postulatiPrimo 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.
Esperimento Michelson e Morley:premessa 2
Aereo:Quanto tempo impiega l’aereo per compiere l’intero tragitto?
Esperimento Michelson e Morley:premessa 2
Aereo con il vento: Quanto tempo impiega l’aereo per compiere l’intero tragitto?
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
Esperimento Michelson e Morley (1887)
Scopo: rivelare l’etere
Albert Abraham MichelsonNobel 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.
Esperimento Michelson e MorleyAereo: LUCEVento: ETERE
E’ possibile misurare direttamente delle differenze di tempo così piccole?
NO … FORSE SI’
Aereo con il vento: Quanto tempo impiega l’aereo per compiere l’intero tragitto?
Torniamo all’esempio dell’aereo
Aereo con il vento: Quanto tempo impiega l’aereo per compiere l’intero tragitto?
Torniamo all’esempio dell’aereo
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
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
Esperimento Michelson e MorleyIl 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.
Esperimento Michelson e MorleyMichelson e Morley usano luce proveniente dal sodio:
Sul rivelatore arrivano due onde sfasate, dovremmo avere quindi interferenza.
A patto che l’etere ci sia.
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.
Esperimento Michelson e Morley3 possibili spiegazioni:
1.La Terra trasporta con sé l’etereNo, 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”.
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.
La sorgente si muove: Alice vede ancora la luce viaggiare a velocità c. Niente di strano , è un risultato della teoria delle onde.
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.