L’effetto Sagnac nega la relatività di Einstein? Cosa sarà mai?
Scienza e Fisica Quantistica
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Antonella Ravizza - 05/11/2017
L’effetto Sagnac è un fenomeno molto particolare scoperto circa un secolo fa, precisamente nel 1913 dal fisico francese Georges Sagnac, eppure ancora ai giorni nostri è al centro di un acceso dibattito.
Che cos'è l'effetto Sagnac e come si manifesta
Consideriamo un osservatore fermo in una posizione sulla terra. Se il nostro osservatore potesse inviare due segnali luminosi intorno alla terra stessa, facendo compiere ai due raggi un giro completo lungo un parallelo di riferimento, muovendosi in due direzioni opposte, uno verso est e uno verso ovest, per l’effetto Sagnac l’osservatore vedrebbe ritornare i segnali nella sua posizione in due momenti diversi. È un’asimmetria della velocità della luce, incontrata quando i segnali luminosi percorrono la circonferenza di un disco in rotazione in verso contrario. Una probabile spiegazione sarebbe che i segnali si siano mossi a velocità diverse, percorrendo lo stesso spazio in tempi differenti.
Si manifesta in un apparato chiamato interferometro ad anello. Dividendo un singolo raggio di luce in due raggi identici ed indirizzandoli sulle due traiettorie opposte lungo l’anello, attraverso l’utilizzo di alcuni specchi o di fibre ottiche per guidare la luce, è possibile far muovere un segnale in senso concorde o discorde al verso di rotazione dell’anello e si nota che i due raggi ritornano sfasati l’uno rispetto all’altro. Ad un ritardo temporale corrisponde un ritardo di fase rilevato da un interferometro montato sulla piattaforma; il ritardo mette in evidenza i caratteri contradditori dell’effetto, perché il fenomeno sembrerebbe discordarsi dalla relatività ristretta. Per spiegare quello che appare è necessario ridefinire il tempo sulla piattaforma per salvaguardare la costanza della velocità della luce su di essa.
L'etere esiste?
In realtà l’effetto Sagnac non si manifesta solo quando in un fenomeno stiamo parlando di rotazione, ma è molto più generale. Esistono due dispositivi che sfruttano l’effetto Sagnac: il girolaser (utilizzato dagli aerei per determinare eventuali spostamenti dell’assetto della navigazione) e il GPS (utilizzato per la localizzazione topografica). Stranamente i teorici si occuparono molto poco di questo effetto, come se non ponesse grandi problemi concettuali; per esempio Einstein non ne volle mai parlare. Il fisico Langevin nel 1921 ne parlò dicendo: “Mostrerò come la teoria della relatività generale spieghi in modo quantitativo i risultati dell'esperimento di Sagnac”, e in effetti mostrò che un’applicazione della meccanica galileiana spiega le affermazioni di Sagnac. Sagnac interpretò lo spostamento delle frange a seguito della rotazione della piattaforma come una diretta manifestazione dell’etere luminifero e concluse che la piattaforma fosse soggetta ad un “vento d’etere”, diretto sempre in verso opposto a quello di rotazione, che ritarda i segnali inviati nello stesso verso di rotazione, e che anticipa i segnali inviati in verso opposto. Dai calcoli svolti ci rendiamo conto che nel sistema accelerato la luce sembra non propagarsi a velocità costante, ma a velocità diverse a seconda che si propaghi nello stesso verso o in senso opposto a quello di rotazione della piattaforma, infatti percorre distanze uguali in tempi diversi.
Questo sembrerebbe contraddire anche il secondo postulato della relatività ristretta. Se considerassimo la velocità della luce “di andata e ritorno”, allora troveremmo che in effetti la velocità della luce è costante in tutti i sistemi di riferimento inerziali (come affermato nel principio di relativita di Einstein). In particolare, l’esperimento di Sagnac produce quest’effetto perchè consideriamo raggi che si propagano lungo un percorso senza tornare indietro; in caso contrario i due ritardi accumulati si eliminerebbero a vicenda. Secondo Sagnac un’ipotesi plausibile potrebbe essere che l’etere effettivamente esista, anche se con il termine etere non intendiamo lo storico etere luminifero, ipotetico mezzo che permea tutto lo spazio in maniera omogenea ed isotropa, e che costituisce il supporto meccanico alla propagazione delle onde elettromagnetiche, ma intendiamo, per estensione, la geometria stessa dello spazio.
Un’altra doverosa osservazione è che cambiando il sistema di riferimento, prendendo cioè un sistema di riferimento inerziale esterno al sistema rotante, i due raggi di luce si muovono alla stessa velocità e nello stesso tempo, quindi non ci sono stranezze di comportamento. Si nota come il cambiamento del sistema di riferimento può portare a risultati diversi. Effettivamente sono necessari altri studi sul fenomeno: tuttora sono pubblicati articoli di ricerca scientifica sull’argomento.
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