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I fondamenti della fisica del Novecento e le prospettive future Istituto Svizzero di Pedagogia per la Formazione Professionale Docente: Marco Cagnotti.

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Presentazione sul tema: "I fondamenti della fisica del Novecento e le prospettive future Istituto Svizzero di Pedagogia per la Formazione Professionale Docente: Marco Cagnotti."— Transcript della presentazione:

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2 I fondamenti della fisica del Novecento e le prospettive future Istituto Svizzero di Pedagogia per la Formazione Professionale Docente: Marco Cagnotti

3 Obiettivi n Acquisire n Acquisire una visione dinsieme sulla fisica del Novecento. n Comprendere n Comprendere i concetti fondamentali alla base della Relatività e della Meccanica Quantistica. la relazione fra le due teorie e le prospettive aperte da uneventuale Teoria del Tutto. n Riconoscere n Riconoscere linfluenza delle scoperte in fisica sulla cultura umana. n Saper n Saper leggere un articolo divulgativo sulla fisica moderna. 01

4 Le grandi teorie della fisica del Novecento RR RG MQ TQC ToE? 02 XXI secolo

5 La teoria della Relatività Ristretta XIX secolo J.C. Maxwell 03 La rivoluzione dello spaziotempo n Unificazione n Unificazione di elettricità e magnetismo. n Scoperta n Scoperta della radiazione elettromagnetica. n La n La velocità è c, quindi la luce è radiazione elettromagnetica. n c n c è una costante (c = km/s).

6 La teoria della Relatività Ristretta XIX secolo A. Einstein 04 PARADOSSO! La rivoluzione dello spaziotempo n Che n Che cosa accadrebbe a un osservatore a cavalcioni di un raggio di luce? n La n La luce non può rimanere ferma.

7 La teoria della Relatività Ristretta 1905, Albert Einstein: la relatività ristretta 05 La rivoluzione dello spaziotempo –Il –Il principio di relatività Le leggi fisiche, quali che siano, devono essere assolutamente identiche per tutti gli osservatori in moto inerziale. (INTUITIVO) principio di costanza della velocità della luce La luce possiede la velocità c per tutti gli osservatori in moto inerziale. (CONTROINTUITIVO)

8 La teoria della Relatività Ristretta Ma… la velocità è il rapporto fra distanza e durata. 06 La rivoluzione dello spaziotempo VANNO RIVISTI I CONCETTI DI SPAZIO E DI TEMPO Dora in poi il tempo e lo spazio da soli diventeranno pallide ombre, e solo una loro unione manterrà la sua indipendenza. (H. Minkowski)

9 La teoria della Relatività Ristretta Che cosè il Tempo? Per anni i filosofi si sono interrogati su questargomento. 07 La rivoluzione dello spaziotempo Definizione operativa IL TEMPO È QUELLA GRANDEZZA FISICA… …CHE SI MISURA CON UN OROLOGIO

10 La teoria della Relatività Ristretta Un esempio di orologio: lorologio a luce. 08 La rivoluzione dello spaziotempo

11 La teoria della Relatività Ristretta Leffetto del moto inerziale su un orologio a luce. 09 La rivoluzione dello spaziotempo

12 La teoria della Relatività Ristretta Una conclusione sconcertante: 10 La rivoluzione dello spaziotempo LOROLOGIO IN MOTO RITARDA RISPETTO A QUELLO FERMO Importante: ciò è vero per qualsiasi orologio, compreso il corpo umano! IL TEMPO SCORRE PIÙ LENTAMENTE IN UN SISTEMA DI RIFERIMENTO IN MOTO

13 La teoria della Relatività Ristretta Ma sarà vero? Le verifiche sperimentali. –A –A v = 0,995 c la vita dei muoni si allunga di 10 volte. –Gli –Gli aerei in volo. 11 La rivoluzione dello spaziotempo

14 La teoria della Relatività Ristretta Ma allora chi si muove davvero? 12 La rivoluzione dello spaziotempo Il paradosso dei gemelli e la sua spiegazione. ATTENZIONE ALLA SIMMETRIA!

15 La teoria della Relatività Ristretta Gli effetti del moto sullo spazio. 13 La rivoluzione dello spaziotempo UN OGGETTO IN MOVIMENTO SI ACCORCIA NELLA DIREZIONE DEL MOTO

16 La teoria della Relatività Ristretta Gli effetti del moto sulla massa. 14 La rivoluzione dello spaziotempo UN OGGETTO IN MOVIMENTO AUMENTA LA PROPRIA MASSA

17 La teoria della Relatività Ristretta Un po di matematica. 15 La rivoluzione dello spaziotempo –Dilatazione –Dilatazione dei tempi –Contrazione –Contrazione delle lunghezze –Aumento –Aumento delle masse

18 La teoria della Relatività Ristretta Ma… non ci sono solo lo spazio e il tempo! 16 La rivoluzione dello spaziotempo E = m c 2 Unicona del nostro tempo

19 La teoria della Relatività Ristretta In conclusione… 17 La rivoluzione dello spaziotempo CAMBIA RADICALMENTE LA NOSTRA VISIONE DEL TEMPO E DELLO SPAZIO, CHE NON SONO PIÙ STRUTTURE RIGIDE E OGGETTIVE MA ENTITÀ DIPENDENTI DAL MOTO RELATIVO DEGLI OSSERVATORI TEORIA DELLA RELATIVITÀ (Ma Einstein preferiva chiamarla teoria dellInvarianza…)

20 La teoria della Relatività Generale XVIII secolo I. Newton 18 Lo spaziotempo si incurva n La n La teoria della gravitazione. sua importanza: è una legge universale!

21 La teoria della Relatività Generale I problemi della gravitazione newtoniana. –La –La forza agisce a distanza È inconcepibile che la materia bruta e inanimata possa (…) agire e influire su altra materia senza reciproco contatto. (…) La gravità deve necessariamente essere causata da un agente il quale agisca in modo costante secondo certe leggi; ma se questo agente sia materiale o immateriale è questione che lascio decidere ai lettori. (I. Newton) –È –È incompatibile con la Relatività Ristretta La forza gravitazionale agisce istantaneamente. 19 Lo spaziotempo si incurva

22 La teoria della Relatività Generale La più felice intuizione di Einstein: studiare il moto accelerato. 20 Lo spaziotempo si incurva

23 La teoria della Relatività Generale La più felice intuizione di Einstein: studiare il moto accelerato. 20 Lo spaziotempo si incurva Tutti gli osservatori, quale che sia il loro stato di moto, possono affermare di essere stazionari, a patto che includano un opportuno campo gravitazionale nella descrizione del proprio ambiente. Il Principio di Equivalenza Gli effetti di unaccelerazione sono indistinguibili da quelli di un campo gravitazionale uniforme.

24 La teoria della Relatività Generale Un caso particolare di moto accelerato: il moto circolare uniforme. 21 Lo spaziotempo si incurva La misura del perimetro è diversa per i due osservatori. p > 2 R

25 La teoria della Relatività Generale La spiegazione di Einstein: p = 2 R 2 R vale solo su una superficie piana. 22 Lo spaziotempo si incurva

26 La teoria della Relatività Generale Conseguenze: 23 Lo spaziotempo si incurva LA GEOMETRIA PIANA NON È VALIDA PER UN OSSERVATORE IN MOTO ACCELERATO LA GEOMETRIA PIANA NON È VALIDA PER UN OSSERVATORE IN UN CAMPO GRAVITAZIONALE

27 La teoria della Relatività Generale Conclusione: 24 Lo spaziotempo si incurva UN CAMPO GRAVITAZIONALE INCURVA LO SPAZIO… …E ANCHE IL TEMPO!

28 La teoria della Relatività Generale Una metafora: la membrana di gomma 2-dimensionale. 25 Lo spaziotempo si incurva Lo spaziotempo piattoLo spaziotempo deformato

29 La teoria della Relatività Generale Conseguenza Si risolvono due problemi: n la n la trasmissione istantanea trasmissione a distanza 26 Lo spaziotempo si incurva NON È PIÙ NECESSARIO POSTULARE UNA FORZA GRAVITAZIONALE

30 La teoria della Relatività Generale Osservazioni sulla metafora –Non –Non esiste una gravità esterna che tira verso il basso. –La –La curvatura dello spaziotempo è 3-dimensionale. 27 Lo spaziotempo si incurva

31 La teoria della Relatività Generale Ma sarà vero? Le verifiche sperimentali. –La –La curvatura della traiettoria della luce. 28 Lo spaziotempo si incurva –La –La precessione del perielio di Mercurio.

32 La teoria della Relatività Generale Un caso estremo: il buco nero. 29 Lo spaziotempo si incurva

33 La teoria della Relatività Generale Un po di matematica. 30 Lo spaziotempo si incurva Le equazioni di Einstein

34 ConclusioneTeorie, campi di applicazione e costanti universali 31 Relatività RistrettaRelatività Generale Velocità prossime a cGrandi distorsioni dello spaziotempo c = 3 x 10 8m/sG = 6,7 x N.m 2.kg -2


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