Nel 1865 James Clerk Maxwell pubblica A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field. È un articolo lungo, in parte ancora formulato in linguaggio meccanicistico (Maxwell pensa il campo come le tensioni interne di un mezzo elastico, l‘“etere”), ma contiene quel che si rivela essere il più potente atto di unificazione della fisica classica. Le quattro equazioni che oggi associamo al suo nome mettono insieme, in un unico schema coerente, fenomeni fino a poco prima distinti: elettrostatica, magnetostatica, induzione di Faraday, e l’aggiustamento teorico alla legge di Ampère — la corrente di spostamento — che Maxwell introduce per ragioni di pura consistenza logica.
Il colpo di scena arriva nel calcolo della velocità di propagazione delle perturbazioni del campo. Combinando le sue equazioni nel vuoto, Maxwell ottiene un’equazione delle onde con velocità . Sostituisce i numeri — due costanti misurate in laboratorio con bilance e bobine, in esperimenti che con la luce non avevano nulla a che fare — e ottiene circa m/s. È la velocità della luce, misurata da Fizeau e Foucault qualche anno prima.
L’inferenza è immediata e mozzafiato: la luce è un’onda elettromagnetica. Tutta l’ottica — riflessione, rifrazione, polarizzazione, diffrazione — deve essere derivabile dalle equazioni di Maxwell. Nel 1888 Heinrich Hertz produce in laboratorio onde elettromagnetiche non visibili (le “onde radio”) con frequenze molto più basse di quelle ottiche, e dimostra che si comportano esattamente come predetto: viaggiano alla stessa velocità, si riflettono, si rifrangono, si polarizzano. In vent’anni la fisica si dota di una nuova finestra sull’universo (radioastronomia, raggi X, microonde del fondo cosmico) e di una nuova tecnologia di comunicazione (telegrafo senza fili, radio, televisione).
Ed è proprio dentro le equazioni di Maxwell che, una generazione più tardi, Einstein trova lo spunto per la relatività ristretta: se la velocità esce dalle costanti del vuoto, e il vuoto è lo stesso per tutti gli osservatori, allora deve essere uguale per tutti. La rivoluzione del 1905 nasce dalla domanda: «come può una velocità essere indipendente dal sistema di riferimento?». La risposta — cambiando il modo in cui spazio e tempo si trasformano — è già la storia del prossimo capitolo, quello sulla relatività ristretta.
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Argomenti: Onde elettromagnetiche Concetti: Equazioni di Maxwell · Onda elettromagnetica · Postulati di Einstein
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