Ho da tempo in mente un ciclo di post dedicati alla Teoria della Relatività di Einstein. Vorrei dedicarvi alcuni post a scadenza settimanale in questo autunno. Quindi da oggi e per alcuni Venerdì questo sarà un appuntamento fisso.
Per fare questo è però necessario fare un passo indietro. Perché se è vero come è vero che Einstein ha fatto una rivoluzione, per apprezzarne la portata occorre conoscere ciò che viene “rivoluzionato”.
E l’inizio è un’altra rivoluzione. Anzi, forse di più ancora: è la nascita della stessa fisica moderna, con Galileo prima e Newton poi.
Del Galileo uomo abbiamo già parlato (vedi articolo correlato), meno delle sue scoperte. Prima di Galileo la Scienza era ferma ad Aristotele, un duemila anni addietro: costruzione filosofica perfetta, che spiega mirabilmente il “cosa” e il “perché” le cose sono come sono secondo schemi teorici eleganti e perfetti. Peccato non funzionassero.
Galileo cambia prospettiva: non si sofferma sulle ragioni profonde, ma si interroga sul “come” avvengono le cose. Come cadono i gravi, come oscilla un pendolo, come si muovono i pianeti, ….
E per comprenderlo cambia l’approccio: osserva invece di riflettere soltando, operando una rivoluzione nel metodo.
Osservando un braciere appeso al soffitto nel duomo di Pisa si accorge dell’isocronia delle oscillazioni del pendolo, ovvero del fatto che le oscillazioni di un oggetto hanno sempre la stessa durata.
Utilizza un piano inclinato per rallentare il moto di caduta di una sfera e si accorge così che gli oggetti non cadono a velocità costante ma accelerano.
In assenza di orologi misurerà gli intervalli di tempo nelle maniere più fantasiose: col battito cardiaco, con vasche che si riempiono d’acqua, con la musica, con campanelli azionati dal passaggio delle sfere….
In questa maniera opera una rivoluzione nei contenuti.
Gli ingredienti che Galileo utilizza sono geometrici: spazio, tempo, velocità, accelerazione. Noi usiamo queste parole in modo piuttosto superficiale, ma sono grandezze fisico-matematiche definite in modo rigoroso*.
Galileo osserva e descrive il mondo attraverso queste grandezze, che vanno a comporre l’alfabeto per scrivere un nuovo modo di fare Scienza.
Ma se Galileo si interroga sul “come”, sarà Newton a spiegare il “perché” Galileo osserva ciò che osserva. Nato a pochi mesi di distanza dalla morte dello scienziato pisano, Newton raccoglie appieno l’eredità galileiana e lega le osservazioni di Galileo e le grandezze che lui usa alle loro cause: le Forze.
E inventa la Dinamica, con le sue famose tre leggi:
Se un oggetto non è soggetto a forze, o sta fermo o si muove di moto rettilineo uniforme, (cioè a velocità costante e senza deviare).Se un oggetto accelera significa che su di esso agiscono forze secondo la relazione lineare: F=MA**. Se raddoppia la forza, raddoppia l’accelerazione; dimezza la forza, dimezza anche l’accelerazione prodotta.Principio di Azione-Reazione: ad ogni forza corrisponde una reazione uguale e contraria. Ovvero se io esercito una forza su un oggetto, l’oggetto esercita su di me un forza analoga, uguale come intensità e contraria come verso.
La prima, già intuita da Galileo, sarà alla base della definizione dei sistemi di riferimento, cioè dei set di assi e coordinate che servono da riferimento su cui misurare le grandezze (lunghezze, tempi, distanze) per descrivere i fenomeni. I sistemi per cui vale il primo principio sono detti “inerziali”. E poi per i soli sistemi inerziali valgono il secondo e il terzo. I sistemi di riferimento, concetto apparentemente banale, saranno i protagonisti assoluti della Relatività.
La seconda è fondamento della Dinamica. E con essa si fa un salto concettuale enorme. Prima si credeva che servisse applicare una forza anche per produrre velocità costanti, come anche l’esperienza di ognuno sembrava suggerire: se voglio mandare avanti un carretto a velocità costante mi tocca spingere o tirare continuamente! Ma in questo ragionamento si dimenticava di considerare la forza d’attrito che frena altrettanto continuamente….. Invece Newton intuisce che applicando Forze si producono variazioni di velocità (accelerazioni o decelerazioni). E ci dice anche che tanto più la forza è grande, tanto maggiore sarà l’accelerazione (o decelerazione) prodotta, con proporzione lineare: raddoppia la forza, raddoppia l’accelerazione.
Ecco, questa è la nascita della Meccanica: una rivoluzione nel metodo e nei contenuti che seppellisce le credenze precedenti.
Così Galileo e Newton hanno definito i mattoni della Dinamica: spazio, tempo e sistemi di riferimento.
E spazio e tempo sono quantità misurabili e assolute: con gli stessi strumenti a disposizione, chiunque e ovunque misura gli stessi intervalli di tempo.
Da qui si riusciranno a descrivere con successo e grande capacità predittiva tutti i fenomeni meccanici (gravi, pendoli, pianeti, comete, proiettili…) per quasi 300 anni.
Questo è quanto andrà in frantumi con Einstein.
* Velocità=spazio/tempo , strada percorsa per unità di tempo
Accelerazione=velocità/tempo , quanto varia la velocità nell’unità di tempo
**F= Forza, A=accelerazione prodotta, M=massa dell’oggetto
