Fotoni in movimento (NASA foto) - www.sciencecue.it
Il particolare esperimento che da fallimento sorprendente portò ad una delle più grandi rivoluzioni della fisica.
La scienza è piena di storie incredibili in cui un esperimento, pensato per dimostrare una teoria consolidata, finisce per smentirla completamente. Alcune delle più grandi rivoluzioni scientifiche sono nate così, da test che avrebbero dovuto confermare un’idea e invece l’hanno mandata in frantumi. Uno di questi casi riguarda la luce, un fenomeno studiato per secoli e che, alla fine dell’Ottocento, nascondeva ancora parecchi misteri.
All’epoca, quasi tutti gli scienziati erano convinti che la luce avesse bisogno di un mezzo per propagarsi, un po’ come il suono viaggia nell’aria o le onde nell’acqua. Questo mezzo ipotetico era stato battezzato etere luminifero, una sostanza invisibile e imponderabile che riempiva l’universo. Nessuno l’aveva mai visto o misurato direttamente, ma si dava per scontato che esistesse. Del resto, se tutte le altre onde avevano bisogno di un supporto per muoversi, perché la luce avrebbe dovuto fare eccezione?
Per scoprire di più su questo etere, gli scienziati sfruttarono una combinazione di fattori noti: la velocità della luce, che viaggia a circa 300.000 km al secondo, e il movimento della Terra, che orbita intorno al Sole a una velocità di 30 km al secondo. L’idea era semplice: se la luce si muove attraverso l’etere, allora il suo comportamento dovrebbe variare a seconda della direzione rispetto al moto terrestre. Un po’ come se si misurasse il tempo impiegato da un nuotatore che va contro corrente rispetto a uno che attraversa il fiume di lato.
Ora, se tutto fosse andato come previsto, l’esperimento avrebbe dovuto confermare l’esistenza dell’etere. Ma la scienza, si sa, è piena di sorprese. Nessuno si aspettava che il risultato avrebbe messo in discussione le basi stesse della fisica.
Nel 1887, due fisici, Albert Michelson ed Edward Morley, costruirono un apparecchio sofisticato chiamato interferometro. Il loro obiettivo? Misurare piccolissime variazioni nella velocità della luce in diverse direzioni. Se l’etere esisteva davvero, allora la luce avrebbe dovuto muoversi più velocemente in una direzione e più lentamente in un’altra, a seconda della posizione dell’interferometro rispetto al moto terrestre.
Il problema? Non successe nulla. Nessuna variazione, nessuna differenza. Un risultato completamente nullo. Era come se l’etere non esistesse affatto. Michelson e Morley ripeterono il test più volte, modificarono l’apparato, perfezionarono le misurazioni… ma il risultato non cambiò. Fu uno shock. Se la luce non mostrava nessun cambiamento, significava che l’etere—quel mezzo ritenuto essenziale—potrebbe non esistere. E se non esisteva, allora bisognava rivedere l’intero modo in cui si concepiva il movimento della luce nell’universo.
Per anni, i fisici cercarono di spiegare il mistero con teorie alternative. Alcuni ipotizzarono che l’etere venisse trascinato dalla Terra, altri suggerirono correzioni ai calcoli… ma nessuna ipotesi reggeva di fronte ai dati sperimentali. Il vero colpo di scena arrivò nel 1905, quando un giovane scienziato di nome Albert Einstein propose una soluzione completamente nuova: e se la velocità della luce fosse sempre la stessa, indipendentemente dal sistema di riferimento?
Questa idea, che sarebbe diventata la base della relatività ristretta, ribaltava tutto. Se la luce non aveva bisogno di un mezzo per propagarsi, allora l’etere era semplicemente inutile. Non c’era più bisogno di cercarlo, perché la sua esistenza non aveva alcun ruolo nella fisica. Così, un esperimento pensato per confermare un’ipotesi si trasformò in uno dei più grandi fallimenti di successo della storia della scienza. Quella che sembrava solo una misurazione sbagliata diventò invece la chiave per riscrivere la fisica e aprire la strada a una nuova visione dello spazio e del tempo.