lunedì 7 maggio 2012

Einstein e la critica alla meccanica classica

La meccanica classica elaborata da Galileo e Newton ha rappresentato per molti anni il fondamento delle scienze positive. La sua validità viene messa in discussione da Einstein nel momento in cui evidenzia dei limiti nello studio dei fenomeni luminosi, in quanto la meccanica classica non è più in grado di spiegare la trasmissione delle onde luminose.
Per ovviare all’inconveniente si introdusse l’idea di etere, concepito come un mezzo elastico presente in ogni punto dello spazio e capace di trasmettere le onde luminose con le proprie vibrazioni. Ma a livello sperimentale questa ipotesi si rivelò assai difficile da sostenere, per la mancanza di fatti precisi che la confermassero. Non è possibile concepire l’etere come mezzo di propagazione delle onde elettromagnetiche; inoltre è dimostrato che queste onde si propagano per variazione di campo, non necessitano della presenza dell’etere.
E proprio la discussione sull’etere e gli esperimenti eseguiti per provarne l’esistenza furono i punti, insieme alla sue concezioni dello spazio e del tempo, su cui Einstein fonda la critica alla meccanica classica. Per quest’ultima, un evento è registrato simultaneamente da due sistemi di diverse coordinate, purché questi siano inerziali. Per poter affermare ciò bisogna costruire una scala del tempo in ognuno dei due sistemi ed essere in grado di paragonare queste due diverse scale di valori temporali.
Se si vuole superare la difficoltà di coordinamento di due orologi situati in due posti differenti si deve supporre che il moto degli orologi non abbia influenza sulla loro capacità di mantenere lo stesso ritmo. Galileo, partendo da questi presupposti aveva elaborato un sistema di trasformazione di coordinate in cui il concetto di tempo si basava sulla simultaneità. Il concetto si spazio, invece, rimane fondato ancora sulla geometria euclidea, applicabile poi alla dinamica. Per assicurare il confronto della geometria con la fisica (nel tentativo di spostare la geometria euclidea dalla risoluzione di problemi di statica alla risoluzione di problemi di dinamica) e derivarne la validità di questa, Einstein introduce il 6° postulato alla geometria euclidea: “a due punti su un corpo praticamente rigido corrisponde  sempre la stessa distanza”.  Così Einstein collega concetti geometrici come quello di “punto” con concetti fisici come quello di “corpo rigido” e di “distanza”. Se si dimostra non valido questo postulato anche la geometria euclidea non vale.
Gli esperimenti di Einstein verteranno quindi a confutare i concetti di tempo e spazio. A questo scopo Einstein non utilizza più il sistema di trasformazione di Galileo, ma introduce nella sua teoria le trasformazioni di Lorentz. Con ciò dimostra che ogni corpo risulta più corto nella misurazione effettuata in un sistema rispetto al quale si muove con una certa velocità rispetto a quanto non lo sia nella misurazione effettuata in un sistema rispetto al quale è fermo.
Esistono effetti simili anche nel tempo. Nella fisica pre-relativistica il tempo è assoluto e non dipende dal sistema di riferimento e la causa di un fenomeno precede sempre temporalmente il suo effetto. Ma per Einstein la differenza temporale fra due istanti dipende dal sistema in cui si trovano gli orologi. Come conseguenza del proprio moto, l’orologio cammina più lentamente che non quando è fermo. Le concezioni di spazio e tempo della meccanica classica vengono così ribaltate.
Per alcuni fenomeni non è possibile applicare il concetto di relatività galileiana, secondo la quale la velocità dipende dal sistema di riferimento. L’osservazione dimostra che la velocità della luce non dipende dal sistema di riferimento: la velocità di un raggio di luce su un treno che si muove di moto rettilineo uniforme rispetto a una stazione è la stessa  (rispetto alla stazione) che si registra osservando un raggio che non viaggia sul treno.
Un’altra necessità di elaborare una nuova teoria fisica riguarda la terza legge della termodinamica, che si dimostra inadeguata a spiegare alcuni fenomeni di elettromagnetismo.

2 commenti:

  1. Di queste cose capisco veramente poco... sono una capretta :-(

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  2. Capretta a rapporto!
    Scherzi a parte, lo sai che ti ammiro per il tuo modo di scrivere e ribadisco che non è semplice trattare questi argomenti.
    Brava!

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