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PHISICS FRONTIERS
Se cominciamo ad esaminare il meccanismo della trasmissione della luce nello
spazio vuoto, cercando di capire la funzione delle "onde" nella fisica moderna,
per trovare un adatto punto di partenza bisogna andare indietro di centinaia
d'anni, da Newton a Heisemberg: dall'inesistenza dell'etere alla quantizzazione
delle onde materiali inesistenti, dai fotoni al principio di indeterminazione.
Newton fu convinto per tutta la vita che la luce consistesse di getti di
particelle, o "corpuscoli" e tale convinzione durò sino all'esperimento
sull'interferenza mutua dei raggi luminosi dopo il loro passaggio attraverso una
doppia fenditura, che dimostrò inequivocabilmente la natura ondulatoria della
luce, in gran parte dovuto all'intuito matematico di Fresnel. La concezione che
la luce sia un sistema ondulatorio è una conclusione nata dalle indagini pi•
profonde che siano mai state fatte nel settore della scienza. Ritenendo provato
che le onde abbiano una lunghezza definita, si può calcolare matematicamente il
comportamento della luce in apparecchi ottici qualsivoglia complessi: la
precisione sembra essere illimitata e dipende dalla precisione con la quale può
essere misurato il risultato.
Un altro passo sulla teoria ondulatoria della luce fu compiuto da Maxwell, sulle
idee di Faraday sull'elettricità e magnetismo, giunto ad interpetrare le
osservazioni in termini di campi di forza elettrici e magnetici, che Maxwell poi
espresse con esatta analogia con le formule matematiche della idrodinamica dei
fluidi incompressibili. Il concetto di campo di Faraday sorvola sul problema
dell'azione a distanza (cioè come puo una carica elettrica respingerne un'altra
senza entrare in contatto con essa?), supponendo che il campo elettrico
permeasse ogni cosa e la sua azione avesse luogo localmente piuttosto che a
distanza, altro esempio tella tecnica del non-problema. Ci sono perciò oggi
persone che credono nell'esistenza vera del campo elettrico come se fosse una
entità fisica con una sua esistenza indipendente, come può esserlo un elettrone
o una montagna e non considerano il campo come un puro accorgimento matematico
atto ad integrare una serie di forze agenti con legge quadratica inversa. Nel
caso presente non sappiamo nulla di come e perchè una carica elettrica debba
essere influenzata dalla presenza ad una certa distanza di un'altra carica
elettrica: sappiamo solo che l'influenza c'è e qual'è il suo valore.
Queste idee sembrano essere molto distanti dalle onde e dalla luce, ma Maxwell
le riunì in una teoria, dimostrando che una particolare combinazione di campi
elettrici e magnetici variabili descrivibili sotto forma di "equazione d'onda"
si propagherà nello spazio alla velocità della luce. La combinazione di Maxwell
dei concetti di elettricità , magnetismo e luce sotto l'unico concetto di
movimento di onde è risultata soddisfacente dal punto di vista estetico e sembra
resistere a indagini di qualunque profondità : ancora oggi quasi tutti gli
scienziati ci credono: Hertz coronò l'idea generando elettricamente onde radio
dimostrando che appartengono alla stessa categoria di fenomeni. Perciò nella
fisica classica tutto appare ben rassettato, almeno in superficie.
Sorgono però nel frattempo un paio di piccoli problemi: primo, l'energia fisica
trasportata dalle onde luminose è considerata energia contenuta nel campo
elettromagnetico, descritta da una semplice formula nell'ambito della teoria.
Una volta lanciata nello spazio, questa energia assume vita indipendente anche
se la sua origine, per esempio una stella, fosse successivamente scomparsa o
esplosa. A questo punto si avevano perciò un campo elettrico e uno magnetico
nessuno dei quali, secondo la stessa teoria, poteva esistere senza che ci fosse
una continua connessione ad una sorgente e ad un punto di arrivo mentre invece
uniti tra loro godevano di vita indipendente. Secondo problema, di discrepanza
maggiore, riguarda i campi elettrici e magnetici che li pone matematicamente
equivalenti e subordinati alle leggi della fluidodinamica incompressibile: però
le onde del campo elettromagnetico sono ONDE TRASVERSALI (!), di un tipo cioè
che hanno bisogno di materia solida per essere trasmesse.
Ci si potrebbe chiedere perchè le onde dovrebbero proprio aver bisogno di un
mezzo fisico (etere) per propagarsi. La risposta potrebbe essere che siccome le
onde trasportano energia fisica facilmente misurabile si deve per forza parlare
di onde fisiche che, normalmente intese, sono onde di carattere meccanico e
viaggiano in qualcosa come l'aria o l'acqua, alla separazione tra aria e acqua o
nella roccia con velocità definita in rapporto al mezzo di trasmissione. Ci
volle perciò un mezzo di trasmissione, noto col nome di "etere" che doveva
dimostrare proprietà diverse da momento a momento, a seconda che il campo
sostenuto fosse statico o dinamico. Non pochi problemi sono all'origine di
questo.
Esempio 1: esperimento di Michelson e Morley.
Poichè l'etere non opponeva resistenza al movimento dei corpi celesti, si
suppose che esso non partecipasse al loro moto, cioè che l'etere potesse
attraversare con facilità i corpi. Perciò la Terra, nel percorrere la sua orbita
attorno al Sole, ha una sua velocità relativa rispetto all'etere, esiste cioè un
vento d'etere, e se esiste un vento d'etere a un osservatore sulla Terra
sembrerà che i raggi luminosi siano più veloci col vento a favore e viceversa
più lenti se controvento. E questo che Michelson e Morley si proposero di
dimostrare nel 1886 con un loro famoso esperimento, compiuto circa vent'anni
prima che Einstain divulgasse la teoria della relatività speciale, con la quale
l'esperimento viene di solito collegato, collegamento che ha ormai
caratteristiche di mito. L'esperimento dimostrò che non esiste un "etere" dove
le onde possono ondulare.
Michelson & Morley spedirono due raggi luminosi ad angolo retto che, riflessi da
due specchi, tornavano al punto di origine. Uno dei due raggi, in posizione
sfavorevole rispetto al vento d'etere, avrebbe dovuto essere più lento.
L'esperimento diede due risultati esattamente uguali invece che le differenze
previste causate dal vento d'etere, dimostrando che la velocità della luce per
un osservatore terrestre è la stessa in tutte le direzioni, in qualunque periodo
dell'anno, ed è una caratteristica dei corpi: se un corpo emette luce, il corpo
resterà al centro delle onde luminose che si espandono, qualunque sia il moto
che anima il corpo (moto dell'universo, ecc.). Ci fu una reazione immediata
contro questo esperimento, che non verificò la costanza della velocità della
luce: alcuni rifiutarono di crederci, altri, fino ai nostri giorni, hanno
continuato a ripetere l'esperimento con strumenti sempre più raffinati nella
speranza di dimostrarne la falsità : finora tutti i tentativi sono falliti.
La teoria più plausibile per spiegare il fallimento dell'esperimento è la
CONTRAZIONE DI FRTITZGERALD: Un corpo, quando è in moto, diventa più corto nella
direzione del movimento, in misura dipendente dalla velocità . Il percorso
compiuto da uno dei due raggi controcorrente (andata) e poi con la corrente a
favore (ritorno dopo la riflessione nello specchio) è più breve di quello
compiuto attraversando perpendicolarmente il vento d'etere, nei due sensi
(andata e ritorno): più corto esattamente da consentire all'onda più lenta di
compiere il percorso nel medesimo tempo. La contrazione non è misurabile dato
che anche i campioni di misura subiscono lo stesso processo: come dire che una
barra di un metro è più corta se tenuta parallela all'equatore.
Esempio 2: Intervista alla scienza ufficiale integrata.
Gli esperimenti dimostrano che gli elettroni negativi hanno tutti identiche
proprietà invariabili. Alla domanda <Perchè gli elettroni sono così stabili?> la
scienza risponde che essendo l'elettrone così piccolo la sua struttura è
quantisticamente indeterminata e perciò una domanda riguardante la stabilità
meccanica è semplicemente insulsa e inesistente: le entità microfisiche sono
indefinibili e non si deve indulgere alla vecchia moda di far domande su di
esse. Tuttavia la domanda fa nascere qualche sospetto:
<Perchè allora la lunghezza d'onda delle righe spettrali di un gas in un tubo a
scarica (Es. lampade al mercurio o al sodio, oscillatori al cesio, ecc) è
definito con tanta precisione?>.
<Perchè il momento angolare e l'energia che l'elettrone può assumere dentro
l'atomo è quantizzato con precisione nella sua orbita>.
<Allora è possibile determinare la posizione dell'elettrone dentro l'atomo,
qual'è la sua distanza dal nucleo?>.
<Non possiamo dirlo, per il principio di indeterminazione di Heisemberg, ma solo
la sua posizione più probabile>.
<Perchè allora le lunghezze d'onda che dite provocate da energia e momento
indeterminati, sono definite con tanta precisione (frequenza, banda passante,
ecc.)?>.
<Le domande suppongono che l'atomo abbia una struttura meccanica. La moderna
teoria è una TEORIA MATEMATICA. Ne consegue che queste domande sono
irrilevanti>.
<Ma le teorie matematiche si avvalgono di grandezze come energia e momento
angolare: non sono forse normali grandezze meccaniche?>.
<Anche questa è una non domanda...>.
Quali altenative abbiamo di fronte alla difficile situazione in cui ci ha messo
l'esperimento di M & M? Un primo passo potrebbe consistere nel dire che la luce
non è in realtà un sistema di onde elettromagnetiche, ma si comporta come se lo
fosse. La distinzione tra "è" e "si comporta come" non è solo tautologica e
semantica, cioè basato solo sull'equivoco della definizione, ma fondamentale:
essa ci dice di trattare la teoria elettromagnetica come una analogia o modello
matematico della Natura, che probabilmente riflette certi aspetti della realtà
fisica, non necessariamente tutti, e si dimostra un modello della natura pi•
preciso in alcune circostanze che in altre. Quindi, oltre ad essere il primo
passo per il decollo delle matematiche, tutto ciè è il ritorno al misticismo
nella Filosofia Naturale, tale che è difficile distinguere dove finisce la
fisica e inizia la metafisica.
Alcuni degli argomenti che la scienza attuale guarda con scetticismo mentre sono
invece radicati nella cultura popolare sono la percezione extrasensoriale, la
telecinesi, l'astrologia, i bioritmi, il mostro di Lock Ness, gli UFO, il
creazionismo, la telepatia, la visione a distanza, la chiaroveggenza, il
triangolo delle Bermude, la pensierografia, il mago "Don Juan" di Carlos
Castaneda, il potere della piramide, la chirurgia psichica e le guarigioni per
suggestione, la scientologia, gli spettri e le case stregate, la levitazione, le
sensibilità delle piante, l'acqua magica ed altri tipi di rabdomanzia, le
bizzarre mutilazioni del bestiame.
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