L’etere, o la sostanza materiale che
riempie tutto lo spazio interposto fra un
mondo e l’altro [...] e che probabilmente
penetra attraverso tutti i materiali piu’
grezzi, e’ l’oggetto piu grande, piu’
uniforme e verosimilmente piu’ costante
che noi conosciamo, e siamo pertanto
inclini a supporre che esso sia esistito
prima ancora della formazione dei
sistemi di materia che ora esistono al
suo interno, cosi’ come supponiamo che
il mare sia piu’ antico dei singoli pesci in
esso contenuti.
Lettera di Maxwell a J.C. Ellicott
22 nov. 1876
I fenomeni elettromagnetici sono
dovuti all'esistenza di materia in certe
condizioni di moto o di pressione in
ciascuna parte del campo magnetico,
e non ad una diretta azione a
distanza [...] La sostanza che
produce questi effetti puo’ essere una
certa parte della materia ordinaria
oppure un etere associato alla
materia.
On physical lines of force 1861,1862
8 Palace Gardens Terrace,
Kensington, W., 19th Oct.1861.
Lettera di Maxwell a Faraday
Dear Sir,
I have been lately studying the theory of static electric induction, and have
endeavoured to form a mechanical conception of the part played by the particles of
air, glass, or other dielectric in the electric field, the final result of which is the
attraction and repulsion of “charged” bodies. The conception I have hit on has led,
when worked out mathematically, to some very interesting results, capable of
testing my theory, and exhibiting numerical relations between optical, electric, and
electromagnetic phenomena, which I hope soon to verify more completely. What I
now wish to ascertain in whether the measure of the capacity for electric induction
of dielectric bodies with reference to air have been modified materially since your
estimates of them in “Series XI”, either by yourself or others.
I wish to get the numerical value of the “electric capacity” of various substances,
especially transparent ones, if formed into a thin sheet of given thickness, and
coated on both sides with thin foil. Sir W. Snow Harris has made experiments of this
kind; but I do not know whether I can interpret them numerically.
Another question I wish to ask is, whether any experiments, similar to
those in Series XIV, on crystalline bodies, have yet led to positive results. I
expect that a sphere of Iceland spar, suspended between two oppositely
electrified surfaces, would point with its optic axis transverse to the electric
force, and I expect soon to calculate the value of the force with which it
should point.
Again, I have not yet found any determination of the rotation of the pIane
of polarization by magnetism, in which the absolute intensity of magnetism
at the pIace of the transparent body was given. I hope to find such a
statement by searching in libraries, but perhaps you may be able to put me
on the right track.
My theory of electrical forces is, that they are called into play in insulating
media by slight electric displacements, which put certain small portions of the
medium into a state of distortion, which, being resisted by the elasticity of the
medium, produces an electromotive force.
A spherical celI would, by such a
displacement, be distorted thus where the
curved lines represent diameters originally
straight, but now curved. I suppose the
elasticity of the sphere to react on the
electrical matter surrounding it, and press it
downwards.
From the determination by Kohlrausch and Weber of the numerical relation
between the statical and magnetic effects of eletricity, I have determined the
elasticity of the medium in air, and assuming that it is the same with the
luminiferous ether, I have determined the velocity of propagation of transverse
vibrations.
The result is 193,088 miles per second (deduced from electrical and magnetic
experiments). Fizeau has determined the velocity of light = 193,118 miles per
second, by direct experiment.
This coincidence is not merely numerical. I worked out the formulae in the country
before seeing Weber's number, which is in millimetres, and I think we have now
strong reason to believe, whether my theory is a fact or not, that the luminiferous
and the electromagnetic medium are one.
Supposing the luminous and the electromagnetic phenomena to be similarly
modified by the presence of gross matter, my theory says that the inductive
capacity (static) is equal to the square of the index of refraction, divided by the
coefficient of magnetic induction (air = 1).
I have also examined the theory of the passage of light through a medium
filled with magnetic vortices, and find that the rotation of the plane of
polarization is in the same direction with that of the vortices, that it varies
inversely as the square of the wave lenght (as is shown by experiment), and
that its amount is proportional to the diameter of the vortices. The absolute
diameter of the magnetic vortices, their velocity and their density, are so
involved that, though as yet they are alI unknown, the discovery of a new
relation among them would determine them alI.
Such a relation might be obtained
by the observation of a revolving
electromagnet if our instruments
were accurate enough. I have had
an instrument made for this
purpose, but I have not yet
overcome the effects of terrestrial
magnetism in marking the
phenomena.
vedi anche lavoro sperimentale
dal 1915
Einstein de Haas
When I began to study electricity mathematically I avoided alI the old traditions
about forces acting at a distance, and after reading your papers as a first step to
right thinking, I read the others, interpreting as I went on, but never allowing myself
to explain anything by these forces. It is because I put off reading about electricity
till I could do it without prejudice that I think I have been able to get hold of some
of your ideas, such as the electrotonic state, action of contiguous parts, etc., and
my chief object in writing to you is to ascertain if I have got the same ideas which
led you to see your way into things, or whether I have no right to calI my notions
by your names.
I remain, yours truly,
J. C. Maxwell
Pag 9
Pag 54
Maxwell Trattato pag. 576
Tre istantanee
Fresnel
Maxwell
Lorentz
Fresnel
Arago
Thomas Young (1773-1829)
Young fu il primo a spiegare verso
il 1802 l’interferenza e la
diffrazione mediante una teoria
ondulatoria. Riusci’ a spiegare
anche I colori nelle lamine sottili e i
reticoli di diffrazione. I suoi scritti
furono molto contestati anche a
causa di una certa fumosita’ di
linguaggio, cosicche’ non ebbe mai
il credito che avrebbe meritato.
Arago « scopre » Fresnel (1788-1827)
Il 23 settembre del 1815 Augustin Fresnel scrive
ad Arago :
Je crois avoir trouvé l’explication et la loi des
franges colorées qu’on remarque dans les
ombres des corps éclairés par un point
lumineux. Les résultats que me donne le
calcul sont confirmés par l’observation.
Molto interessato, Arago scrive a un tale Prony, il
superiore di Fresnel, chiedendogli di concedergli il
permesso di venire a lavorare con lui a Parigi.
Nel 1818, Fresnel invio’ un articolo
sulla teoria della diffrazione per un
concorso. La sua teoria
rappresentava la luce come
un’onda, piuttosto che come
costituita di particelle. Dalla teoria
di Fresnel, Poisson dedusse la
predizione, apparentemente
assurda, che una piccola zona
illuminata avrebbe dovuto apparire
al centro di uno schermo posto
dietro ad un disco opaco. Tuttavia
Arago, anche lui membro del
comitato giudicante, fu in grado di
verificare immediatamente, con un
espermento, la presenza della
zona illuminata. Fresnel ottenne il
premio in palio per il concorso.
Diffrazione e interferenza
•
Fresnel fu il premio ad
elaborare una teoria completa
della diffrazione e dell’
interferenza.
•
Elaborava la teoria e Arago
l’aiutava nei suoi esperimenti.
Onde longitudinali o trasversali?
•
Arago installa un laboratorio per Fresnel
presso l’Osservatorio di Parigi. Coltivano l’idea
di fare interferire le due componenti
polarizzate d’uno stesso raggio di luce. Le
esperienze condotte da Arago e Fresnel non
sono in grado di porre in evidenza frange di
interferenza. Fresnel ne deduce nel 1821, non
senza difficolta’, che la luce e’ una vibratione
trasversale.
I calcoli «meccanicistici» di Fresnel
•
•
Malgrado la sua morte prematura nel 1827 e l’impegno profuso per i suoi
importanti lavori sui fari, Fresnel ebbe il tempo di costruire una teoria
quantitativa completa ed esatta della luce. Ella include per esemio le
formule che danno l’intensita’ e la polarizzazione della luce transmessa e
riflessa dall’interfaccia fra due corpi trasparenti.
Per dimostrarle supponeva che l’onda iniziale agitasse le particelle dei
corpi i quali emettevano a loro volta un’ altra onda, applicando la
conservazione della quantita’ di moto.
La velocita’ della luce e’ costante?
•
Nel 1727 James Bradley
scopre l’aberrazione della luce
emessa dalle stelle, e sottolinea
che la velocita’ della luce non
puo’ differire per piu’ del 5 10% da una stella all’altra.
L’angolo fra le due direzioni e’:
Dq = (V/c) sinq ,
e non dipende dalla distanza
della stella. Sei mesi piu’ tardi,
la situazione e’ invertita.
John Michell (ca. 1724-1783)
•
Nel 1783, Michell, nel quadro della
teoria corpuscolare, pensa che la
velocita’ della luce emessa dalle
stelle possa dipendere dal loro
campo di gravitazione, e che la luce
potrebbe anche non essere emessa
se la massa della stella fosse molto
grande. Misurando la velocita’ della
luce si potrebbe dunque ottenere la
massa della stella.
Sulla maniera di scoprire la distanza, la
grandezza, etc. delle stelle fisse, come
conseguenza della diminuzone della velocita’
della loro luce, in caso che questa diminuzione
abbia luogo per alcune di loro, e che altri dati
siano acquisiti dalle osservazioni, come
sarebbe certo necessario a questo scopo.
Come misurare la velocita’ della luce proveniente dalle
stelle?
•
Nel quadro della teoria
corpuscolare, si ammette che
quando la luce entra in un corpo
trasparente denso, per esempio
del vetro, le particelle « attirate »
subiscono un aumento
dell’energia indipendente dalla
loro velocita’ iniziale.
(1/2)mvvetro2 = (1/2)mviniziale2
+ constante
Poiche’ questa relazione non e’
lineare, la rifrazione del raggio dipende
dalla velocita’ della luce all’entrata.
Quindi se la si fa passare in un prisma,
la deviazione nel prisma dipenda dalla
velocita’ della luce. Questo e’ l’effetto
che Michell suggerisce di misurare.
Le experienze di Arago
•
Nel 1806, Arago esegue l’esperimento
suggerito da Michell misurando la
deviazione della luce da sorgenti terrestri,
dal sole, dai pianeti e dalle stelle con
prismi di piccolo angolo posti davanti al
telescopio. Non trova alcun effetto.
• Nel 1809-1810, Arago
ritenta l’esperimento
utilizzando un prisma
acromatico che da’
una deviazione di 10°,
montato davanti ad un
cerchio meridiano:
• non rileva alcun
effetto. Sa che questa
volta avrebbe potuto
evidenziare l’effetto
dovuto al moviento
della Terra...
La spiegazione di Fresnel
•
Arago e Laplace sono perplessi davanti a questo risultao negativo.
Arago scrive: Il semble … qu’on ne peut rendre raison [de l’observation]
qu’en supposant que les corps lumineux émettent des rayons avec
toutes sortes de vitesses, pourvu qu’on admette également que ces
rayons ne sont visibles que lorsque leurs vitesses sont comprises entre
des limites déterminées. Dans cette hypothèse, en effet, la visibilité des
rayons dépendra de leurs vitesses relatives, et, comme ces mêmes
vitesses déterminent la quantité de la réfraction, les rayons visibles
seront toujours également réfractés.
•
Arago e’ comunque poco convinto. Gli sembra necessario abbandonare
la teoria corpuscolare, e domanda a Fresnel d’interpretare il risultato nel
quadro della teoria ondulatoria. Fresnel risponde 1818. Da una parte
conclude correttamente che le stelle emettono la luce con la medesima
velocita’, e spiega il fatto che il movimento orbitale della terra non
venga rivelato mediante un entraînement partiel dell’etere da parte della
Terra (e dunque del prisma).
c’
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
c’
c’
L’esperienza di Airy (1871)
telescopio senz’acqua
telescopio riempito d’acqua:
L’esperienza di Fizeau (1851)
•
Senza dubbio per impulso di Arago,
Hippolyte Fizeau realizza un
esperimento destinato ad osservare
il trascinamento della luce da parte
di una corrente d’acqua. Questa
delicata esperienza riesce ed il
risultato corrobora l’idea di Fresnel
sul trascinamento parziale dell’etere
da parte d un corpo in movimento.
L’esperienza di Hoeck (1868)
Maxwell
Rappresentazione del campo magnetico
attorno ad un filo percorso da corrente in
accordo col modelle di Maxwell.
I vortici sono tori concentrici con l’asse del
filo
Illustrazione del fenomeno dell’induzione in
accordo col modello di Maxwell. La corrente
indotta nel conduttore 2 ha verso opposto a
quella nel conduttore 1, come si evince dalla
direzione dei vortici.
B più intenso
Corrente che scorre
lungo il piano
B meno intenso
Illustrazione di come una discontinuità nella densità di flusso magnetico B
causa un flusso di corrente J in un piano perpendicolare alla figura. Le
“particelle-corrente” fluiscono lungo la linea indicata (traccia del piano
corrente). A causa dell’attrito, la velocità angolare dell’insieme dei vortici
sottostanti è rallentato, mentre l’opposto accade per l’insieme superiore .
La direzione della discontinuità in B è quella corretta.
Euristica dell’etere
In un mezzo elastico lo spostamento delle particelle
cariche è proporzionale alla intensità del campo elettrico
Calcoliamo la velocità di propagazione della perturbazione nel mezzo.
Non c’è soluzione per k parallelo ad H
ma solo per onde trasversali.
Relazione di dispersione
uguali
Maxwell sa come calcolare il valore di b usando costanti elettromagnetiche non
connesse con il particolare modello meccanico elastico utilizzato.
Ma questo lavoro è uguale alla energia elettrostatica immagazzinata nel dielettrico:
Nel vuoto:
Maxwell utilizza a questo punto i risultati sperimentali di Weber e Kohlrausch
che avevano determinato
sperimentalmente come rapporto tra l’unità
di carica elettrostatica e l’unità di carica elettromagnetica.
From the determination by Kohlrausch and Weber of the numerical relation
between the statical and magnetic effects of eletricity, I have determined the
elasticity of the medium in air, and assuming that it is the same with the
luminiferous ether, I have determined the velocity of propagation of transverse
vibrations.
The result is 193,088 miles per second (deduced from electrical and magnetic
experiments). Fizeau has determined the velocity of light = 193,118 miles per
second, by direct experiment.
This coincidence is not merely numerical. I worked out the formulae in the country
before seeing Weber's number, which is in millimetres, and I think we have now
strong reason to believe, whether my theory is a fact or not, that the luminiferous
and the electromagnetic medium are one.
Supposing the luminous and the electromagnetic phenomena to be similarly
modified by the presence of gross matter, my theory says that the inductive
capacity (static) is equal to the square of the index of refraction, divided by the
coefficient of magnetic induction (air = 1).
Lettera di Maxwell a Faraday
19 Ott.1861
Lorentz
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