FISICA CLASSICA - CloudMe

La teoria degli elettroni di Lorentz nacque anche come risposta al problema del moto relativo tra
materia ed etere. Lorentz postulava che l'etere venisse attraversato dai corpi materiali in moto senza
essere in alcun modo trascinato da essi. Ne derivava che l'etere nel suo complesso restava sempre
immobile: in pratica il sistema di riferimento in quiete rispetto all'etere era un sistema di riferimento
privilegiato, ossia quello che identificava lo spazio assoluto di newtoniana memoria.
L'unica forma di movimento dell'etere erano le onde che si propagavano in esso, e in particolare la
radiazione elettromagnetica. Queste onde avevano una velocità fissa e costante - il cui valore
dipendeva dalle proprietà dell'etere stesso - solo nel sistema di riferimento in cui l'etere era in
quiete, mentre in un sistema in moto rispetto all'etere si sarebbero dovute osservare piccole
variazioni della velocità. Ora un sistema di riferimento sicuramente in moto rispetto all'etere era
proprio quello dei nostri laboratori terrestri, dato che la Terra effettuava continuamente un moto di
rotazione attorno al proprio asse e di rivoluzione intorno al Sole. Si sarebbero dovuti quindi
osservare gli effetti del moto della Terra sulla velocità della luce.
Bisogna però tener conto del fatto che la teoria di Lorentz rendeva difficili queste osservazioni: da
essa discendeva, infatti, che gli effetti del moto della Terra (e di qualsiasi altro corpo animato da
velocità v rispetto all'etere) erano difficilmente osservabili in quanto proporzionali al quadrato del
rapporto v/c, dove c è la velocità della luce che, come sappiamo, è un numero molto grande.
Tuttavia, un abile sperimentatore americano, Albert Abraham Michelson (1852-1931), aveva
escogitato già nel 1882 un apparato in grado di rivelare anche questi effetti. Quindi il problema era
ancora quello di stabilire se la Terra trascinasse con sé l'etere o se l'etere restasse sempre immobile.
I risultati dell'esperimento di Michelson, più volte ripetuto con apparati sempre più precisi e
perfezionati, mostravano comunque che non era possibile rivelare alcun moto relativo tra Terra ed
etere, ed erano quindi a favore della prima ipotesi.
Lorentz naturalmente non poteva accettare questa conclusione e la ricerca di una soluzione al
problema fu al centro dei suoi interessi dal 1892 in poi, ossia da quando aveva formulato la teoria
degli elettroni. L'unica via d'uscita che egli riuscì a individuare fu che proprio il moto attraverso
l'etere producesse sui corpi materiali quegli effetti (per esempio la contrazione della loro lunghezza
nella direzione del moto) che impedivano di rivelarlo sperimentalmente. Era una strana
conclusione: c'era qualcosa che avveniva ma che non poteva essere osservato sperimentalmente in
nessun caso. Di fatto era come se nel passaggio dal sistema di riferimento dell'etere al sistema di
riferimento del laboratorio valessero particolari trasformazioni di coordinate (dette poi
trasformazioni di Lorentz) che riflettevano appunto l'azione dell'etere sui corpi in moto.
Queste conclusioni erano inaccettabili per un giovane fisico, Albert Einstein (1879-1955), che
lavorava presso l'ufficio brevetti di Berna. Egli aveva forti dubbi sull'esistenza stessa dell'etere,
anche perché le ricerche che aveva effettuato sui fenomeni di emissione e assorbimento della luce
da parte della materia lo avevano convinto che la luce dovesse avere una natura corpuscolare,
proprio come pensava Newton. Nello stesso tempo era convinto che il principio di relatività (ossia
l'impossibilità di individuare un sistema di riferimento in quiete assoluta e la conseguente
equivalenza di tutti i sistemi di riferimento in moto rettilineo e uniforme l'uno rispetto all'altro)
avesse una validità fondamentale.
La scoperta della relatività speciale
Einstein quindi si pose il problema di conciliare con il principio di relatività la tesi di Lorentz per
cui la velocità della luce è indipendente dalla velocità della sorgente che la emette. L'unico modo di
farlo era quello di rimettere in discussione le vecchie idee di spazio e di tempo. Bisognava ridefinire
in primo luogo il concetto di simultaneità tra eventi distanti tra loro, e poi ridefinire il concetto di
lunghezza di un corpo in movimento rispetto al sistema di riferimento in cui era osservato. In
questo modo si ottenevano proprio le trasformazioni di Lorentz, ma non come effetto fisico del
moto attraverso l'etere, bensì come effetto di una nuova cinematica fondamentale, basata appunto
sulla revisione dei concetti di spazio e di tempo.
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