L'effetto Sagnac nega la relativita' di Einstein? Cosa
sarà mai?
di Antonella Ravizza
Scienza e Fisica Quantistica
L’effetto Sagnac nega la relatività di Einstein? Cosa
sarà mai?
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.
