L’etere luminifero: è stato ipotizzato che la Terra si muova attraverso un “mezzo” di etere che trasporta la luce

Nel tardo XIX secolo l’etere luminifero (“etere portatore di luce”) era il termine usato per descrivere un mezzo di propagazione della luce. Le teorie successive, compresa la relatività speciale, furono formulate senza il concetto di etere, e oggi l’etere è considerato una teoria scientifica superata.

La parola “etere” deriva dal latino dal greco αἰθήρ, da una radice che significa “accendere/bruciare/risplendere”, che indicava la sostanza che nell’antichità si pensava riempisse le regioni superiori dello spazio, oltre le nuvole.

La storia della luce e dell’etere

Isaac Newton aveva ipotizzato che la luce fosse composta da numerose piccole particelle, per spiegare caratteristiche come la sua capacità di viaggiare in linea retta e di riflettere sulle superfici. Questa teoria era nota per avere i suoi problemi; sebbene spiegasse bene la riflessione, la sua spiegazione della rifrazione e della diffrazione era meno piacevole. Per spiegare la rifrazione, infatti, l’Opticks di Newton (1704) postulava un “Medium etereo” che trasmetteva vibrazioni più veloci della luce, grazie alle quali la luce (quando viene superata) viene messa in “Fits of easy Reflexion and easy Transmission” (causando rifrazione e diffrazione). Newton credeva che queste vibrazioni fossero legate a cose come la radiazione del calore, dicendo:

Il calore della stanza calda non è forse trasportato attraverso il vuoto dalle vibrazioni di un mezzo molto più sottile dell’aria, che dopo che l’aria è stata estratta è rimasto nel vuoto? E questo mezzo non è forse lo stesso di quel mezzo con cui la luce viene rifratta e riflessa, e con le cui vibrazioni la luce comunica il calore ai corpi, ed è messa in condizioni di facile riflessione e facile trasmissione?

La comprensione moderna, naturalmente, è che la radiazione di calore è luce, ma Newton li considerava due fenomeni diversi (credendo che le vibrazioni di calore siano eccitate “quando un raggio di luce cade sulla superficie di qualsiasi corpo pellucido”). Egli scrisse che “non so cosa sia questo etere”, ma che se consiste di particelle, queste devono essere “estremamente più piccole di quelle dell’aria, o anche di quelle della luce: L’eccessiva piccolezza delle sue particelle può contribuire alla grandezza della forza con cui quelle particelle possono allontanarsi l’una dall’altra, e quindi rendere quel mezzo estremamente più raro ed elastico dell’aria, e di conseguenza estremamente meno capace di resistere ai movimenti dei proiettili, ed estremamente più capace di premere sui corpi grossolani, cercando di espandersi.”

Christiaan Huygens, prima di Newton, aveva ipotizzato che la luce stessa fosse un’onda che si propagava attraverso un etere, ma Newton respinse questa idea. La ragione principale del suo rifiuto derivava dal fatto che entrambi gli uomini potevano apparentemente immaginare la luce solo come un’onda longitudinale, come il suono e altre onde meccaniche nei gas e nei fluidi. Tuttavia, le onde longitudinali per necessità hanno solo una forma per una data direzione di propagazione, piuttosto che due polarizzazioni come in un’onda trasversale, e quindi non erano in grado di spiegare il fenomeno della birifrangenza (dove due polarizzazioni della luce vengono rifratte in modo diverso da un cristallo). Newton preferì invece immaginare particelle non sferiche (o “corpuscoli”) di luce con diversi “lati” che danno origine alla birifrangenza. Un’altra ragione per cui Newton rifiutava la luce come onda in un mezzo, tuttavia, era perché un tale mezzo avrebbe dovuto estendersi ovunque nello spazio, e quindi avrebbe “disturbato e ritardato i moti di quei grandi corpi” (i pianeti e le comete) e quindi “come non è di alcuna utilità, e ostacola il funzionamento della natura, e la fa languire, così non c’è alcuna prova della sua esistenza, e quindi dovrebbe essere rifiutata”

Nel 1720 James Bradley realizzò una serie di esperimenti cercando di misurare la parallasse stellare. Anche se non riuscì a rilevare alcuna parallasse (ponendo così un limite inferiore alla distanza delle stelle), scoprì un altro effetto, l’aberrazione stellare, un effetto che non dipende dalla posizione (come nella parallasse), ma dalla velocità. Notò che la posizione apparente della stella cambiava man mano che la Terra si muoveva intorno alla sua orbita. Bradley spiegò questo effetto nel contesto della teoria corpuscolare della luce di Newton, mostrando che l’angolo di aberrazione era dato dalla semplice somma vettoriale della velocità orbitale della Terra e la velocità dei corpuscoli di luce (proprio come le gocce di pioggia che cadono verticalmente colpiscono un oggetto in movimento con un angolo). Conoscendo la velocità della Terra e l’angolo di aberrazione, questo gli permise di stimare la velocità della luce. Spiegare l’aberrazione stellare nel contesto di una teoria della luce basata sull’etere era considerato più problematico, perché richiede che l’etere sia stazionario anche quando la Terra si muove attraverso di esso – proprio il problema che ha portato Newton a rifiutare un modello ondulatorio in primo luogo.

Tuttavia, un secolo dopo, Young e Fresnel rianimarono la teoria ondulatoria della luce quando fecero notare che la luce poteva essere un’onda trasversale piuttosto che un’onda longitudinale – la polarizzazione di un’onda trasversale (come i “lati” della luce di Newton) poteva spiegare la birifrangenza, e sulla scia di una serie di esperimenti sulla diffrazione il modello particellare di Newton fu finalmente abbandonato. I fisici presumevano ancora, tuttavia, che come le onde meccaniche, le onde luminose richiedevano un mezzo per la propagazione, e quindi richiedevano l’idea di Huygens di un “gas” etere che permeasse tutto lo spazio.

Tuttavia un’onda trasversale apparentemente richiedeva che il mezzo di propagazione si comportasse come un solido, al contrario di un gas o un fluido. L’idea di un solido che non interagisce con altra materia sembrava un po’ strana, e Augustin-Louis Cauchy suggerì che forse c’era una sorta di “trascinamento”, o “trascinamento”, ma questo rendeva le misure di aberrazione difficili da capire. Suggerì anche che l’assenza di onde longitudinali suggerisse che l’etere avesse una compressibilità negativa; ma George Green fece notare che un tale fluido sarebbe stato instabile. George Gabriel Stokes divenne un campione dell’interpretazione del trascinamento, sviluppando un modello in cui l’etere potrebbe essere (per analogia con la pece di pino) rigido a frequenze molto alte e fluido a velocità inferiori. Così la Terra potrebbe muoversi attraverso di esso abbastanza liberamente, ma sarebbe abbastanza rigido da sostenere la luce.

In seguito, le equazioni di Maxwell hanno dimostrato che la luce è un’onda elettromagnetica. Le equazioni di Maxwell richiedevano che tutte le onde elettromagnetiche nel vuoto si propagassero a una velocità fissa, c. Poiché questo può avvenire solo in un quadro di riferimento nella fisica newtoniana (vedi relatività galileiana-newtoniana), l’etere è stato ipotizzato come il quadro di riferimento assoluto e unico in cui le equazioni di Maxwell reggono. Cioè, l’etere deve essere “fermo” universalmente, altrimenti c varierebbe da luogo a luogo. Maxwell stesso propose diversi modelli meccanici di etere basati su ruote e ingranaggi e George FitzGerald costruì persino un modello funzionante di uno di essi. Questi modelli non erano banali soprattutto perché dovevano concordare con il fatto che le onde elettromagnetiche sono trasversali ma mai longitudinali.

Tuttavia, a questo punto le qualità meccaniche dell’etere erano diventate sempre più magiche: doveva essere un fluido per riempire lo spazio, ma che fosse milioni di volte più rigido dell’acciaio per sostenere le alte frequenze delle onde luminose. Doveva anche essere senza massa e senza viscosità, altrimenti avrebbe influenzato visibilmente le orbite dei pianeti. Inoltre sembrava dovesse essere completamente trasparente, non dispersivo, incomprimibile e continuo su una scala molto piccola.

Gli scienziati contemporanei erano consapevoli dei problemi, ma la teoria dell’etere era ormai così radicata nella legge fisica che si dava semplicemente per scontata la sua esistenza. Nel 1908 Oliver Lodge tenne un discorso a nome di Lord Rayleigh alla Royal Institution su questo argomento, in cui delineò le sue proprietà fisiche, e poi cercò di offrire ragioni per cui non fossero impossibili. Tuttavia era anche consapevole delle critiche, e citò Lord Salisbury che diceva che “l’etere è poco più di un caso nominativo del verbo ondulare”. Altri la criticarono come “un’invenzione inglese”, anche se Rayleigh li corresse scherzosamente affermando che in realtà era un’invenzione della Royal Institution.

All’inizio del XX secolo, la teoria dell’etere era in difficoltà: Una serie di esperimenti sempre più complessi erano stati condotti alla fine del 1800 per cercare di rilevare il movimento della terra attraverso l’etere, e non ci erano riusciti. Una serie di teorie proposte di trascinamento dell’etere potevano spiegare il risultato nullo, ma queste erano più complesse e tendevano a usare coefficienti dall’aspetto arbitrario e presupposti fisici. Lorentz e Fitzgerald offrirono una soluzione più elegante su come il moto di un etere assoluto potesse essere inosservabile (contrazione delle lunghezze), ma se le loro equazioni erano corrette, la nuova teoria speciale della relatività (1905) poteva generare la stessa matematica senza fare alcun riferimento a un etere. L’etere cadde nel rasoio di Occam.

L’etere e la meccanica classica

La difficoltà chiave dell’ipotesi dell’etere nasceva dalla giustapposizione delle due teorie consolidate della dinamica newtoniana e dell’elettromagnetismo di Maxwell. Sotto una trasformazione galileiana le equazioni della dinamica newtoniana sono invarianti, mentre quelle dell’elettromagnetismo non lo sono. Fondamentalmente questo significa che mentre la fisica dovrebbe rimanere la stessa negli esperimenti non accelerati, la luce non seguirebbe le stesse regole perché sta viaggiando nel “frame aether” universale. Qualche effetto causato da questa differenza dovrebbe essere rilevabile.

Un semplice esempio riguarda il modello su cui l’etere è stato originariamente costruito: il suono. La velocità di propagazione delle onde meccaniche, la velocità del suono, è definita dalle proprietà meccaniche del mezzo. Per esempio, se si è in un aereo di linea, si può ancora continuare a conversare con la persona accanto a noi perché il suono delle nostre parole viaggia insieme all’aria all’interno dell’aereo. Questo effetto è alla base di tutta la dinamica newtoniana, che dice che tutto, dal suono alla traiettoria di una palla da baseball lanciata, dovrebbe rimanere uguale nell’aereo come se fosse seduto “immobile” sulla Terra. Questa è la base della trasformazione galileiana e del concetto di “quadro di riferimento”.

Ma lo stesso non era vero per la luce. Poiché la matematica di Maxwell esigeva un’unica velocità universale per la propagazione della luce, basata non su condizioni locali, ma su due proprietà misurate che si supponeva fossero le stesse in tutto l’universo. Se questi numeri cambiassero, ci dovrebbero essere effetti evidenti nel cielo; le stelle in direzioni diverse avrebbero colori diversi, per esempio. Certamente rimarrebbero costanti all’interno di un piccolo volume, per esempio all’interno dell’aereo nel nostro esempio, il che implica che la luce non “seguirebbe” l’aereo (o la Terra) in modo simile al suono. Né la luce potrebbe “cambiare mezzo”, per esempio, usando l’atmosfera mentre è vicino alla Terra. Era già stato dimostrato che se così fosse stato, il cielo sarebbe stato colorato in direzioni diverse man mano che la luce si spostava dal mezzo immobile dell’etere al mezzo mobile dell’atmosfera terrestre, causando la diffrazione.

Quindi in qualsiasi punto ci dovrebbe essere un sistema di coordinate speciale, “a riposo rispetto all’etere”. Maxwell notò alla fine degli anni 1870 che rilevare il movimento relativo a questo etere dovrebbe essere abbastanza facile – la luce che viaggia “lungo” il moto della Terra avrebbe una velocità diversa dalla luce che viaggia “all’indietro”, poiché entrambe si muoverebbero contro l’etere immobile. Anche se l’etere avesse un flusso universale complessivo, i cambiamenti di posizione durante il ciclo giorno/notte, o nell’arco delle stagioni, dovrebbero permettere di rilevare la “deriva”.

Esperimenti

Numerosi esperimenti furono condotti alla fine del 1800 per testare questo effetto “vento dell’etere”, ma la maggior parte furono oggetto di controversie a causa della bassa precisione. Le misurazioni sulla velocità di propagazione erano così imprecise che confrontare due velocità per cercare una differenza era essenzialmente impossibile.

Il famoso esperimento Michelson-Morley invece confrontò la luce sorgente con se stessa dopo essere stata inviata in direzioni diverse, cercando cambiamenti di fase in un modo che poteva essere misurato con estrema precisione. La pubblicazione del loro risultato nel 1887, il risultato nullo, fu la prima chiara dimostrazione che qualcosa era seriamente sbagliato nel concetto di “etere assoluto”. Una serie di esperimenti che utilizzavano apparecchi simili ma sempre più sofisticati restituirono anch’essi un risultato nullo. Un esperimento concettualmente diverso che tentò anche di rilevare il movimento dell’etere fu l’esperimento Trouton-Noble del 1903, che come Michelson-Morley ottenne un risultato nullo.

È importante capire cosa significa “risultato nullo” in questo contesto. Non significa che non è stato rilevato alcun movimento; significa piuttosto che i risultati prodotti dall’esperimento non erano compatibili con le ipotesi utilizzate per concepirlo. In questo caso l’esperimento MM ha mostrato una piccola velocità positiva che causava un movimento del modello di frangia di circa 0,01 di una frangia; tuttavia era troppo piccolo per dimostrare l’atteso effetto del vento dell’etere dovuto alla velocità della terra (che varia stagionalmente) che avrebbe richiesto uno spostamento di 0,4 di una frangia, e l’errore era abbastanza piccolo che il valore poteva essere davvero zero. Esperimenti più moderni hanno da allora ridotto il possibile valore ad un numero molto vicino allo zero, circa 10-15.

Questi esperimenti di “etere-vento” hanno portato al suo abbandono da parte di alcuni scienziati, e ad una raffica di sforzi per “salvare” l’etere assegnandogli proprietà sempre più complesse da parte di altri. Di particolare interesse era la possibilità di “trascinamento dell’etere” o “resistenza dell’etere”, che avrebbe abbassato la grandezza della misura, forse abbastanza da spiegare i risultati della MMX. Tuttavia, come notato in precedenza, il trascinamento dell’etere aveva già i suoi problemi, in particolare l’aberrazione. Una misura più diretta fu fatta nell’esperimento di Hamar, che eseguì un esperimento MM completo con una delle “gambe” posta tra due massicci blocchi di piombo. Se l’etere fosse stato trascinato dalla massa, allora questo esperimento sarebbe stato in grado di rilevare la resistenza causata dal piombo, ma ancora una volta il risultato è stato nullo. Esperimenti simili di Hoek misero una gamba in una pesante vasca d’acqua. La teoria fu nuovamente modificata, questa volta per suggerire che il trascinamento funzionava solo per masse molto grandi o quelle masse con grandi campi magnetici. Anche questo si dimostrò errato quando Oliver Joseph Lodge notò che questo effetto non si verificava intorno ad altri pianeti.

Un altro tentativo, completamente diverso, di salvare l’etere “assoluto” fu fatto nell’ipotesi della contrazione di Lorentz-Fitzgerald, che postulava che tutto fosse influenzato dal viaggio attraverso l’etere. In questa teoria la ragione per cui l’esperimento Michelson-Morley “falliva” era che si contraeva in lunghezza nella direzione del viaggio. Cioè, la luce era influenzata in modo “naturale” dal suo viaggio attraverso l’etere, come previsto, ma lo era anche l’esperimento stesso, annullando qualsiasi differenza quando misurata. Anche Lorentz non era molto contento di questo suggerimento, anche se risolveva ordinatamente il problema ed era un primo passo verso la teoria della relatività. Senza fare riferimento a un etere, questa interpretazione fisica degli effetti relativistici fu condivisa da Kennedy e Thorndike nel 1932, quando conclusero che il braccio dell’interferometro si contrae e anche la frequenza della sua sorgente luminosa varia “molto quasi” nel modo richiesto dalla relatività.

Un altro esperimento che pretendeva di mostrare gli effetti di un etere fu la conferma sperimentale di Fizeau del 1851 della previsione di Fresnel del 1818 che un mezzo con indice di rifrazione n che si muove con una velocità v avrebbe aumentato la velocità della luce che viaggia attraverso il mezzo nella stessa direzione di v da c/n a:

Cioè, il movimento aggiunge alla luce solo una frazione della velocità del mezzo (prevista da Fresnel per far funzionare la legge di Snell in tutti i quadri di riferimento, coerentemente con l’aberrazione stellare). Questo fu inizialmente interpretato nel senso che il mezzo trascina l’etere, con una porzione della velocità del mezzo, ma questa interpretazione fu respinta dopo che Wilhelm Veltmann dimostrò che l’indice n nella formula di Fresnel dipendeva dalla lunghezza d’onda della luce (così che l’etere non poteva muoversi ad una velocità indipendente dalla lunghezza d’onda). Con l’avvento della relatività speciale, l’equazione di Fresnel fu dimostrata da Laue nel 1907 come un’approssimazione, valida per v molto più piccolo di c, per la formula relativistica corretta per sommare le velocità v (medium) e c/n (rest frame):

Variazioni su questi temi continuarono per i successivi 30 anni. Risultati positivi furono riportati da molti dei ricercatori chiave, compresi ulteriori esperimenti di Michelson, Morley e Dayton Miller. Miller riportò risultati positivi in diverse occasioni, ma di entità tale da richiedere ulteriori modifiche alle teorie della resistenza o della contrazione. Durante gli anni ’20 una serie di esperimenti sempre più accurati restituirono un risultato nullo, e i risultati positivi furono generalmente attribuiti a errori sperimentali.

Altri risultati positivi furono quelli di Sagnac nel 1913, e l’esperimento Michelson-Gale-Pearson nel 1925. Questo effetto che è conosciuto come effetto Sagnac è oggi usato nei giroscopi ottici e mostra che la rotazione è similmente “assoluta” per la luce come lo è per i pendoli. Sagnac considerava questo come una prova dell’etere

Fine dell’etere?

La teoria dell’etere ha subito un altro colpo quando la trasformazione galileiana e la dinamica newtoniana sono state entrambe modificate dalla teoria speciale della relatività di Albert Einstein, dando alla matematica dell’elettrodinamica lorentziana un nuovo contesto “non-aether”. Come la maggior parte dei grandi cambiamenti nel pensiero scientifico, l’abbandono della teoria dell’etere non avvenne immediatamente, ma, man mano che le prove sperimentali si accumulavano e gli scienziati più anziani lasciavano il campo e i loro posti venivano presi dai giovani, il concetto perse aderenti.

Einstein basò la sua teoria speciale sul precedente lavoro di Lorentz, ma invece di suggerire che le proprietà meccaniche degli oggetti cambiavano con il loro moto a velocità costante attraverso un etere, fece il passo un po’ più radicale di suggerire che la matematica era una trasformazione generale, e che la trasformazione galileiana era un “caso speciale” che funzionava solo alle basse velocità che avevamo studiato fino a quel momento. Applicando la trasformazione a tutti i quadri di riferimento inerziali, dimostrò che la fisica rimaneva invariante come con la trasformazione galileiana, ma che anche la luce era ora invariante.

Con lo sviluppo della relatività speciale, la necessità di tenere conto di un singolo quadro universale era scomparsa — e l’etere era andato con esso, o così sembrava.

Per Einstein la trasformazione di Lorentz implicava un cambiamento concettuale radicale: il concetto di posizione nello spazio o nel tempo non era assoluto, ma poteva variare a seconda della posizione e della velocità dell’osservatore. Questa “stranezza” dell’interpretazione di Einstein fece sì che la relatività speciale fosse considerata molto discutibile per qualche tempo.

Tutto ciò lasciava il problema della propagazione della luce nel vuoto. Tuttavia, in un altro documento pubblicato lo stesso mese, Einstein fece anche diverse osservazioni su un problema allora spinoso, l’effetto fotoelettrico. In questo lavoro dimostrò che la luce può essere considerata come particelle che hanno una “natura di onda”. Le particelle ovviamente non hanno bisogno di un mezzo per viaggiare, e quindi neanche la luce. Questo fu il primo passo che avrebbe portato al pieno sviluppo della meccanica quantistica, in cui la natura ondulatoria e la natura particellare della luce sono entrambe considerate semplificazioni di ciò che “accade realmente”. Un riassunto del pensiero di Einstein sull’ipotesi dell’etere, la relatività e i quanti di luce può essere trovato nella sua conferenza del 1909 (originariamente in tedesco) “The Development of Our Views on the Composition and Essence of Radiation”

Lorentz da parte sua continuò a usare il concetto di etere. Nelle sue conferenze del 1911 circa, sottolineò che ciò che “la teoria della relatività ha da dire”, “può essere realizzato indipendentemente da ciò che si pensa dell’etere e del tempo”. Ricordò al suo pubblico il fatto che “che ci sia o no un etere, i campi elettromagnetici esistono certamente, e così anche l’energia delle oscillazioni elettriche”, così che, “se non ci piace il nome di “etere”, dobbiamo usare un’altra parola come piolo a cui appendere tutte queste cose”. Concludeva che “non si può negare al portatore di questi concetti una certa sostanzialità”.

Paul Langevin era un forte sostenitore della relatività speciale, ma sostenne nel 1911 che gli effetti assoluti da cambiamento di velocità o accelerazione (come la radiazione) dimostrano l’esistenza di un etere. Come ulteriore illustrazione discusse l’effetto assoluto del cambio di velocità sulla dilatazione del tempo di due viaggiatori spaziali. Questo esempio avrebbe poi portato al paradosso dei gemelli.

Nel frattempo Einstein cambiò la sua opinione sul concetto di etere. In una conferenza destinata alla sua inaugurazione all’Università di Leida nel 1920, Einstein sottolineò che lo spazio è “dotato di quantità fisiche”. Egli riteneva che la relatività generale attribuisse allo spazio proprietà fisiche tangibili, tra cui una sorta di mezzo per la luce, anche se non materiale. Poco prima della sua conferenza a Leyden nel 1920 ammise nel documento: “Grundgedanken und Methoden der Relativitätstheorie in ihrer Entwicklung dargestellt”:

“Perciò pensavo nel 1905 che in fisica non si dovesse parlare affatto di etere. Questo giudizio era però troppo radicale, come vedremo con le prossime considerazioni sulla teoria della relatività generale. Rimane inoltre, come prima, consentito ipotizzare un mezzo di riempimento dello spazio se si può fare riferimento ai campi elettromagnetici (e quindi anche sicuramente alla materia) come condizione dello stesso”.

Anche Michelson, che ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1907 per i suoi studi di ottica, affermò nel 1923 che anche se la relatività è qui per rimanere non dobbiamo rifiutare l’etere. Alcuni altri fisici che pubblicarono il loro sostegno ai moderni concetti di etere furono Herbert Ives, Paul Dirac e Geoffrey Builder.

Ives fu il primo a misurare positivamente l’effetto della velocità sulla velocità degli orologi. Scrisse nel 1940 in un articolo su Science:

“Ho considerato l’affermazione popolare che l’etere è stato “abolito”. Ritornando ai risultati sperimentali ho rivisto l’esperimento di Sagnac, avendo in mente l’affermazione che l’etere non può essere rilevato sperimentalmente. Ho affermato che, alla luce della variazione sperimentalmente trovata della frequenza dell’orologio con il movimento, questo esperimento rileva l’etere.”

G. Il professor Sherwin sostenne nel 1960 il “punto di vista filosofico” di Ives e Builder sull’etere a causa della sua conclusione che gli orologi sono “letteralmente rallentati dalla velocità stessa”

Anche Dirac affermò nel 1951 in un articolo su Nature, intitolato “Is there an ether?”

La grande maggioranza degli scienziati non era d’accordo con tali opinioni.

Continuano gli aderenti

Oggi la maggioranza dei fisici ritiene che non ci sia bisogno di immaginare che esista un mezzo per la propagazione della luce. Credono che né la teoria della relatività generale di Einstein né la meccanica quantistica ne abbiano bisogno e che non ci siano prove a riguardo. Come tale, un etere classico è un’aggiunta non necessaria alla fisica che viola il principio del rasoio di Occam.

Inoltre, è difficile sviluppare una teoria dell’etere che sia coerente con tutti gli esperimenti della fisica moderna. Qualsiasi nuova teoria dell’etere deve essere coerente con tutti gli esperimenti che testano i fenomeni della relatività speciale, della relatività generale, della meccanica quantistica relativistica e così via. Come sottolineato in precedenza, queste condizioni sono spesso contraddittorie, rendendo tale compito intrinsecamente difficile.

Non si può tuttavia negare il fascino intuitivo di uno sfondo causale per gli effetti “relativistici”. Alcuni fisici ritengono che nella fisica moderna rimanga una serie di problemi che vengono semplificati da un concetto di etere, così che il rasoio di Occam non si applica.

Un numero molto piccolo di fisici (come Dayton Miller e Edward Morley) ha continuato la ricerca sull’etere per qualche tempo, e occasionalmente ricercatori come Harold Aspden promuovono ancora il concetto.

Negli ultimi anni sono stati proposti diversi nuovi concetti di etere. Tuttavia, questi eteri differiscono considerevolmente dal classico etere luminifero.

In un controverso approccio quantistico alla gravità chiamato gravità quantistica a loop, lo spaziotempo è riempito da una struttura chiamata schiuma di spin. Proprio come l’etere, esso sceglie un quadro di riferimento privilegiato ed è incompatibile con l’invarianza di Lorentz, una simmetria della teoria speciale della relatività. La sua esistenza è quindi potenzialmente in disaccordo con gli esperimenti tipo Michelson-Morley.

Maurizio Consoli dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Catania, Sicilia, sostiene in Physics Letters A (vol 333, p 355) che qualsiasi esperimento tipo Michelson-Morley condotto nel vuoto non mostrerà alcuna differenza nella velocità della luce anche se esiste un etere. Secondo lui, la teoria elettrodebole e la teoria quantistica dei campi suggeriscono che la luce potrebbe sembrare muoversi a velocità diverse in direzioni diverse in un mezzo come un gas denso in contraddizione con la relatività speciale; la velocità della luce sarebbe sensibile al movimento relativo a un etere e all’indice di rifrazione del mezzo. Consoli e Evelina Costanzo propongono un esperimento con luce laser che passa attraverso cavità riempite con un gas relativamente denso. Con la Terra che passa attraverso un vento di etere, la luce viaggerebbe più velocemente in una direzione che in quella perpendicolare. Consoli e Costanzo non hanno eseguito l’esperimento proposto. Il trattamento matematico del loro articolo non usa il coefficiente di trascinamento relativistico per spiegare la velocità della luce in un mezzo in movimento, e la maggior parte dei fisici considera questo un errore elementare che porta alle loro conclusioni errate. Il loro articolo è molto simile ad un altro articolo altrettanto difettoso di Reg Cahill (“R.T. Cahill A New Light-Speed Anisotropy Experiment: Absolute Motion and Gravitational Waves Detected, in Progress in Physics, vol 4 , 2006” ), un altro sostenitore di un esperimento che avrebbe rilevato l’elusivo “frame preferenziale”. Cahill sostiene di aver rilevato il moto assoluto rispetto a un frame preferenziale, ma il suo articolo soffre delle stesse carenze matematiche dell’articolo di Consoli-Constanzo, nonché della mancanza di barre di errore sperimentale nella sua elaborazione dei dati sperimentali. Di conseguenza, la loro ricerca non ha avuto alcun impatto sulla comunità fisica.

Al di fuori della comunità scientifica

Alcuni aderenti al geocentrismo moderno sostengono che l’esperimento Michelson-Morley dimostra che la Terra è stazionaria, il che a sua volta li porta a spiegare l’universo in termini di un etere o “firmamento”. Molte di queste idee sono legate alle interpretazioni fondamentaliste del cristianesimo.

Concetti di etere

• Teorie dell’etere
• Etere (elemento classico)
• Ipotesi di resistenza dell’etere