L’uomo sotti i riflettori (2)
Uno studio ottico dell’aura della mano.
1. L’aura umana e il pluralismo ilico
In quasi tutti i tempi e in quasi tutte le culture non occidentali, si sentono testimonianze di persone che sostengono che non solo abbiamo un corpo biologico, ma che abbiamo anche un insieme di corpi materiali sottili, che insieme costituiscono la cosiddetta aura. Si dice che questa si trovi in alcuni degli strati più sottili intorno al corpo biologico. Inoltre, secondo quasi tutte le culture non occidentali, alcuni luoghi sono più carichi di questa misteriosa sostanza sottile rispetto ad altri. Si parla di “pluralismo ilico”. Hylè’ è la parola greca antica per “sostanza”, “materia”, e pluralismo si riferisce a una molteplicità di specie. Oggi, la possibile esistenza di una sostanza così sottile, che per inciso non ha nulla a che fare con la fisica nucleare, è fortemente messa in dubbio in molti ambienti. E se si è abbastanza sicuri che qualcosa non esista, ovviamente non la si va a cercare. È diverso, invece, se si ha il silenzioso sospetto che non sia stata detta l’ultima parola sull’argomento. Allora c’è qualcosa in voi che vi spinge ripetutamente a continuare a cercare…
2. L’esperimento di Michelson e Morley e le polveri sottili.
Nel 1687, Isaac Newton aveva stabilito le basi della meccanica classica con il suo libro “Principia Mathematica”. Qui ipotizzò un sistema fisso di coordinate che fissava in modo inequivocabile ogni determinazione di luogo e tempo, e un tempo standard, un tempo che in qualsiasi punto dell’universo sarebbe passato sempre alla stessa velocità. Con il forte sviluppo della scienza alla fine del XIX secolo, trovare un punto di riferimento fisso in uno spazio stellare in continua espansione sembrava impossibile. Così alcuni speravano che lo spazio tra le stelle potesse essere riempito da una sorta di “polvere di stelle” uniformemente distribuita, estremamente fine e invisibile, che potesse servire da riferimento fisso. E questa polvere avrebbe anche trasportato le onde luminose, proprio come l’aria trasporta le onde sonore.
L’idea di una sostanza così fine, o “etere”, come veniva chiamata allora, si impose nuovamente all’attenzione della scienza. Se tale etere esistesse, la Terra, nella sua orbita circolare intorno al Sole, si muoverebbe a volte con l’etere e a volte contro di esso. Si pensò che questo avrebbe portato a una differenza nella velocità della luce. La luce che si muove con l’etere avrebbe una velocità maggiore di quella che si muove contro di esso. Questo è ciò che Michelson e Morley vollero verificare nel 1887. Tuttavia, non trovarono alcuna differenza di velocità e nemmeno polvere di stelle. Da allora, la convinzione dell’esistenza dell’“etere uniforme” come mezzo di propagazione della luce è stata abbandonata. E per generalizzazione, anche l’esistenza di qualsiasi altro tipo di polvere sottile cadde nel dimenticatoio. Una descrizione di questo famoso esperimento, che in seguito abbrevieremo in esperimento M&M, troverete qui di seguito.
Per iniziare la nostra indagine, costruiamo l’impianto necessario per eseguire il test di Foucault. Il test è stato descritto dal fisico francese Léon Foucault nel 1858. Gli errori derivanti dalla “rettifica” degli specchi sferici possono essere resi visibili con questo test e con una frazione di lunghezza d’onda della luce. Si tratta di un test praticamente standard, noto a tutti i molatori di specchi amatoriali. Macinando deliberatamente due dischi di vetro l’uno sull’altro, con una massa di grani duri tra di essi, il disco di vetro superiore diventa gradualmente concavo e quello inferiore convesso. Una volta terminato, il primo sarà rivestito di uno strato riflettente e servirà come specchio per il nostro osservatore. Questo specchio cattura molta più luce del nostro occhio. L’elevata luminosità di un telescopio porta a osservare stelle altrimenti invisibili per noi. Ci chiediamo se ci siano altre cose ancora nascoste che possiamo rendere visibili con il visore, come ad esempio una turbolenza d’aria intorno alla nostra mano. O forse dovremmo lasciare che i nostri occhi si abituino un po’ meglio al buio, e solo allora guardare.
Allora diventa una storia di “coni” e “bastoncelli”. Alla luce del giorno, i coni del nostro occhio sono molto più attivi. Si assicurano che riusciamo a distinguere bene i colori. Al buio, i bastoncelli sono più attivi. Allora ci mostrano un tenue gioco di luci e ombre. E forse, anche nella nostra configurazione di Foucault, questa oscurità rivela qualcosa di più di quanto sospetteremmo a prima vista. Per questo motivo dotiamo la nostra fonte di luce di un dimmer. E guardiamo il nostro setup non solo quando è correttamente illuminato, ma anche quando è più avvolto nell’oscurità. In questo modo, prima vediamo la nostra mano correttamente illuminata e poi, nell’oscurità quasi totale, notiamo una debole fascia luminosa e nebbiosa intorno alla mano.
4. Polveri sottili tramite l’interferenza della luce.
Nel condurre l’esperimento di Michelson e Morley, per la prima volta nella storia è stata utilizzata l’interferenza della luce. Il gioco di colori in una bolla di sapone o in uno strato di olio su uno specchio d’acqua, ad esempio, sono il risultato dell’interferenza ottica, dell’interazione di molti raggi di luce.
O ancora: se teniamo lo schermo del nostro cellulare (spento) in modo da vedervi riflessa la luce del sole o quella di una lampada, notiamo anche su di esso delle bellissime linee colorate.
Le bolle di sapone, le macchie d’olio e gli schermi dei cellulari hanno una sorta di “interferometro” grazie al loro strato estremamente sottile e trasparente. In pratica, un fascio di luce viene riflesso dalla parte superiore o inferiore di tale strato, dividendolo in due sottofasci. Ciascuna parte percorre un percorso leggermente diverso, o subisce una perturbazione diversa, dove poi i fasci si ricongiungono. Se i fasci separati non subiscono alcuna distorsione durante il passaggio attraverso la disposizione, si ottiene un modello di interferenza ben definito, ad esempio una serie di strisce verticali come mostrato nel disegno a destra. Tuttavia, se un raggio secondario è diverso dall’altro, o se entrambi differiscono l’uno dall’altro, ciò può influire sui modelli di interferenza. Ad esempio, le strisce possono essere distorte. La natura della distorsione fornisce informazioni sulla qualità o sulla quantità dello strato trasparente che è stato attraversato.
5. Polvere fine in un ambiente chiuso con un percorso di luce non uniforme.
Cerchiamo quindi di costruire una sorta di interferometro. Verifichiamo se viene visualizzata un’immagine di interferenza. E poi vediamo se possiamo interferire con questa immagine portando la nostra mano nel percorso della luce.
Riusciamo a ottenere delle belle linee di interferenza nell’immagine. In effetti, con una regolazione particolarmente precisa, una linea diventa addirittura un po’ più larga della superficie dello specchio. Vediamo colori di interferenza belli e intensi. Se portiamo la mano nel percorso della luce, appaiono dei ciuffi colorati di aria ascendente. La nostra mano è più calda dell’aria circostante e crea queste turbolenze. Queste hanno un diverso indice di rifrazione e quindi i colori di interferenza cambiano. Se poi scuriamo il setup al massimo, non vediamo più i ciuffi, ma si ripresenta la debole striscia nebbiosa e luminosa intorno alla mano, come già osservato nel setup buio del test di Foucault.
6. Polveri sottili e interferenza distruttiva.
Se gettiamo in acqua due pietre contemporaneamente e a breve distanza l’una dall’altra, vediamo che le onde provocate da una pietra “penetrano” nelle onde dell’altra. Dove due cime si incontrano, il livello dell’acqua è più alto; dove due valli si incontrano, il livello è più basso. Dove una cima riempie una valle, il livello dell’acqua rimane invariato. Questo è stato spiegato nel quarto capitolo.
Anche la luce si muove in onde. In condizioni ben definite, se due cime d’onda si toccano, la luce è due volte più intensa. Lo stesso accade quando due valli si uniscono. Tuttavia, quando un picco riempie una valle, si verifica il curioso fenomeno che la luce sommata alla luce… dà il buio.
Conosciamo lo stesso principio, ma ora applicato al suono, con le cuffie a cancellazione di rumore. Viene fatta una copia dell’onda sonora ricevuta, che viene poi aggiunta al suono originale con un ritardo di mezza lunghezza d’onda. La somma di questi due suoni porta poi al… silenzio.
Riusciremmo a costruire un interferometro in cui i due fasci secondari si uniscono con una differenza di mezza lunghezza d’onda (o un multiplo di qualche lunghezza d’onda dispari)? Otterremmo allora anche l’oscurità? Cosa si scoprirebbe se portassimo la mano nel percorso della luce? Dopo molte riflessioni e molte difficoltà pratiche, ci riusciamo. Se guardiamo, vediamo un’ampia fascia, o addirittura l’intera superficie dello specchio, avvolta dall’interferenza distruttiva. Se portiamo il dito nel percorso della luce, questo equilibrio così sottile viene alterato e vediamo di nuovo una banda luminosa intorno al dito. Questa volta non si manifesta la debole nebulosa che abbiamo visto nel test di Foucault. Tuttavia, vediamo il colore giallo dell’interferenza adiacente al nero dell’interferenza distruttiva.
7. Polvere fine in un interferometro “reversal” o inverso.
Un interferometro a inversione fornisce un’immagine insieme all’immagine speculare. Se, ad esempio, posizioniamo il dito nella prima metà del percorso della luce, ad esempio nella metà sinistra, vediamo lo stesso dito apparire nella metà destra dello specchio, ma ora invertito da sinistra a destra.
Sia in un campo di luce forte che in un campo di luce debole, questo porta a immagini curiose.
I primi due disegni mostrano ciò che si vede a piena luminosità. Nell’ultima immagine, la luce viene attenuata e si vede di nuovo una banda debolmente luminosa intorno al dito e alla sua immagine speculare. In sostanza, in questo modo mettiamo insieme un’immagine disturbata con un’immagine indisturbata.
Finora abbiamo limitato le nostre configurazioni di interferenza a due fasci parziali che si uniscono tra loro. Ma sarebbe possibile far interferire tra loro, ad esempio, due interferenze? Cosa emergerebbe? E questo potrebbe dare l’opportunità di costruire setup ancora più sensibili di una singola interferenza di “soli” due fasci parziali?
9. Polveri sottili in una configurazione M&M “modificata”?
Infine, ripensiamo all’esperimento M&M citato all’inizio di questo testo. In effetti non mostrava polvere fine uniformemente distribuita. Alcuni hanno generalizzato che, per questo motivo, l’intero concetto di “polvere fine” non è coerente con la realtà. Dopo tutti gli esperimenti precedenti, ci si può ancora chiedere se questa ferma conclusione non sia soggetta a qualche riserva.
Riflettendo sull’esperimento di Michelson e Morley. Per quanto ne sappiamo, è stato effettuato con un fascio di luce diviso in due sottofasci, ciascuno dei quali si rifletteva su uno specchio piano e poi si ricongiungeva e interferiva l’uno con l’altro. Non c’è quindi alcuno specchio concavo e nessuna luce divergente o convergente. Nessuno dei due fasci parziali all’interno della struttura è stato interferito. E non era questa l’intenzione dell’esperimento. L’attenzione era rivolta a ciò che poteva trovarsi all’esterno dell ‘interferometro: la polvere di stelle fine uniformemente ipotizzata.
E se rifacessimo l’esperimento M&M, ma in una versione leggermente modificata? Allora ci viene in mente che, con questo esperimento, non c’è nessuna polvere fine – anche se uniformemente distribuita – da trovare all’esterno dell ‘interferometro, ma che al contrario all’interno dell’ interferometro è possibile dimostrarne l’esistenza. E se così fosse, ci sembra comunque un curioso scherzo del destino. Un setup che doveva negare l’esistenza delle polveri sottili (uniformi) sembra poi, in una forma modificata, confermare l’esistenza delle polveri sottili.
