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IL TEMPO NELLA SCIENZA Marco Cambiaghi Roberto Weitnauer Novembre.

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Presentazione sul tema: "IL TEMPO NELLA SCIENZA Marco Cambiaghi Roberto Weitnauer Novembre."— Transcript della presentazione:

1 IL TEMPO NELLA SCIENZA Marco Cambiaghi Roberto Weitnauer Novembre 2006

2 IL TEMPO NELLA SCIENZA 1.Le interpretazioni storiche 2.I cicli astronomici 3.Lirreversibilità della natura 4.Cenni sulla relatività

3 IL TEMPO NELLA SCIENZA 1.Le interpretazioni storiche 2.I cicli astronomici 3.Lirreversibilità della natura 4.Cenni sulla relatività

4 1 - Le interpretazioni storiche Concepire il tempo significa postulare una successione di eventi La rilevazione degli eventi richiede una ripetizione di altri eventi Lesistenza del tempo implica che la realtà sia coerente Lesistenza del tempo implica che la realtà trascorra e ricorra

5 Il tempo ha una duplice natura 1 - Le interpretazioni storiche

6 Tempo ciclicoTempo lineare Pensiero classico pagano Mito greco Orfismo – Metempsicosi - Pitagora Bibbia (Dio creò il Cielo e la Terra) Cristianesimo (Apocalisse) Civiltà occidentale moderna Periodi astronomici e cosmiciIrreversibilità in fisica e biologia 1 - Le interpretazioni storiche

7 * Parmenide di Elea ( a.C.) * Platone: Venerando e terribile Il non-Essere è inconcepibile Tutto è Uno (Scuola eleatica) 1 - Le interpretazioni storiche

8 Riduzione allassurdo Achille e la Tartaruga * Zenone di Elea ( a.C.) * T = t 1 + t 2 + … + t n 1 - Le interpretazioni storiche

9 FILOSOFIA IL TEMPO È ILLUSORIO IL TEMPO È UN FENOMENO FILOSOFIA NATURALE METAFISICA SCIENZA 1 - Le interpretazioni storiche DAL CAOS AL COSMO

10 * Eraclito di Efeso ( a.C.) * Tutto fluisce Lógos Tensione degli opposti Fuoco Mondo sensoriale Termodinamica 1 - Le interpretazioni storiche

11 * Empedocle di Agrigento ( a.C.) * Mondo divenienteEleatismo/Religione Amore e Odio Agenti fisici (uniscono e separano) Universo pulsante 1 - Le interpretazioni storiche

12 Universo pulsante 1 - Le interpretazioni storiche Universo fluente Filosofia naturale

13 * Aristotele ( a.C.) * Cielo perfetto e Terra corruttibile Priorità delle forze finali Universo strutturalmente statico Morte della filosofia naturale Fenomeni temporali = Imperfezione locale 1 - Le interpretazioni storiche

14 Galileo Cartesio Newton Scienza moderna * XVI-XVII secolo * Principio dinerzia Il tempo è una successione di cause ed effetti La causa è linvariabile antecedente Il tempo ha una nuova direzione logica 1 - Le interpretazioni storiche Principio causalità

15 Tempo oggettivoTempo soggettivo Tempo dei fenomeni Tempo delle convenzioni Calendario, orologio Tempo nella percezione Tempo individuale Tempo dei ricordi * Dualismo (cartesiano) * 1 - Le interpretazioni storiche

16 Nella scienza il tempo è universale e oggettivo 1 - Le interpretazioni storiche

17 IL TEMPO NELLA SCIENZA 1.Le interpretazioni storiche 2.I cicli astronomici 3.Lirreversibilità della natura 4.Cenni sulla relatività

18 * Movimento e tempo * Tito Lucrezio Caro (99-55 a.C.) in De rerum natura: Nemmeno il tempo sussiste come entità: son le cose stesse che creano il senso di ciò che è scorso negli anni, di ciò che dura nel presente, di ciò che poi seguirà: nessuno può avvertire il tempo di per sé, avulso dal moto e dalla placida quiete delle cose. 2 – I cicli astronomici

19 * Riferimento * La misura del tempo deve essere scandita, ovvero occorre un moto ripetitivo Ciclo 2 – I cicli astronomici

20 * Demone della periodicità * 2 – I cicli astronomici

21 * Ritmi naturali * Giorno (deus, dies, diurnus - cielo, tempo luce) Stagione (statio - stare / hora - ora) Anno (an, anulus - anello) Ritmi biologici (cronobiologia) Unità temporale: frazione del giorno 2 – I cicli astronomici

22 Il tempo della vita è scandito dal Sole 2 – I cicli astronomici

23 * Scelta di un sistema orario * Tempo diurno della luce Ciclo solare completo 2 – I cicli astronomici Il periodo di luce varia con la stagione Il percorso del Sole varia con la stagione Il tempo di ritorno del Sole nella stessa posizione varia con la stagione Difficoltà di frazionamento e di cadenzamento

24 * Equinozi e solstizi * 2 – I cicli astronomici

25 * Velocità orbitale * 2 – I cicli astronomici Seconda legge di Keplero

26 * Riferimento uniforme * Giorno solare medio Giorno sidereo Giorno solare Variabile durante lanno Non è una cadenza solare Sole virtuale costante Orario civile uniforme Coincide col Sole reale solo quattro volte allanno 2 – I cicli astronomici

27 Il giorno sidereo è un riferimento per la taratura del giorno solare medio che non risente delle variabilità Sole-Terra. Ma la rotazione del globo su sé stesso sarebbe rigorosamente uniforme solo se lo stesso fosse: Perfettamente sferico Perfettamente omogeneo Perfettamente indeformabile Perfettamente isolato Perturbazioni sul riferimento naturale assunto come periodico 2 – I cicli astronomici * Disuniformità *

28 * Alcune perturbazioni * 2 – I cicli astronomici Precessione degli equinozi (movimento a trottola) Sole e Luna nel piano Luna e pianeti fuori dal piano Nutazione (annuire) Correnti oceaniche e atmosferiche Oscillazione chandleriana (vacilla) Pianeti Precessione degli absidi (Hoola hop) Eccentricità variabile (rigonfiamento) Maree Dissipazione energetica (rallenta) Pianeti

29 Entra polvere nellorologio astronomico Cicli complessi e numerosi Non vale la sovrapposizione degli effetti Alcuni fenomeni aperiodici (rallentamento) 2 – I cicli astronomici

30 Il ciclo astrale perfetto è solo unastrazione 2 – I cicli astronomici

31 * Secondo standard * 1820: esima parte del giorno solare medio 1960: T.E.: 31'556'925,9747-esima parte dellanno tropico del giorno 1 gennaio1900 h 12: :Controllo: 9'192'631'770 oscillazioni dellatomo cesio-133 Lorologio atomico si allontana lentamente da quello astronomico Saltuarie correzioni 2 – I cicli astronomici

32 IL TEMPO NELLA SCIENZA 1.Le interpretazioni storiche 2.I cicli astronomici 3.Lirreversibilità della natura 4.Cenni sulla relatività

33 * Tempo lineare * Evoluzione termodinamica Evoluzione biologica Evoluzione cosmica 3 – Lirreversibilità della natura Il passato non torna

34 * Mutamento * 3 – Lirreversibilità della natura Tito Lucrezio Caro (99-55 a.C.) in De rerum natura: Nessuno può avvertire il tempo di per sé, avulso dal moto e dalla placida quiete delle cose. Ogni cambiamento corrisponde a un trasferimento di energia: il tempo si manifesta solo se lenergia si sposta

35 * Meccanica classica * 3 – Lirreversibilità della natura Ogni cambiamento corrisponde a uno scambio di energia potenziale e cinetica Sistemi conservativi I moti sono reversibili Il tempo è un parametro che descrive condizioni di equilibrio dinamico

36 * Termodinamica * 3 – Lirreversibilità della natura Lo squilibrio viene compensato Paradigma dei vasi comunicanti (energia come fluido)

37 * Secondo principio * 3 – Lirreversibilità della natura Lo squilibrio viene compensato I potenziali diminuiscono Lentropia delluniverso aumenta Il tempo scorre Il disordine cresce

38 3 – Lirreversibilità della natura Il tempo scorre, perché luniverso è squilibrato

39 3 – Lirreversibilità della natura Il tempo inizia con uno squilibrio * Big Bang *

40 3 – Lirreversibilità della natura Big bangMorte termicaEspansione * Cosmo pulsante * EspansioneContrazione Tempo effettivo avanti (verso il disordine) Tempo ipotetico indietro (verso lordine) Siamo qui

41 3 – Lirreversibilità della natura * Durante lo squilibrio * Lentropia locale diminuisce Lentropia totale aumenta Alta energia (prima) Può innescarsi una struttura dissipativa che facilita il flusso energetico Bassa energia (dopo)

42 3 – Lirreversibilità della natura * Tra prima e dopo: Retroazione * Stimolo (input) Risposta (output) Feedback Flusso delle interazioni Sistema dissipativo Prima Flusso di energia Dopo

43 3 – Lirreversibilità della natura * Strutture dissipative * Tornado/mulinelli Celle convettive Reazione di Belousov-Zhabotinsky Effetto Larsen Retroazione video Sistemi meccanici non-lineari Biosfera Non sono eccezionali e sono un riflesso inequivocabile del tempo che scorre, generando un ordine locale che contribuisce al disordine globale Importante

44 3 – Lirreversibilità della natura La dissipazione forma il tempo della vita

45 3 – Lirreversibilità della natura * Complessità * I sistemi regolari (ad es. periodici) possono interpretarsi come casi particolari di una condizione generale caotica del Cosmo. Così, il tempo delle scansioni uniformi può intendersi come il lato più semplice di un tempo complesso. Lo spazio delle fasi è un mostro geometrico

46 3 – Lirreversibilità della natura * Ilya Prigogine ( ) * Nei sistemi in equilibrio, tipici della fisica classica, il tempo è un parametro che (…) costituisce un riferimento rispetto al quale le altre grandezze variano. Nei sistemi lontani dall'equilibrio (…) le fluttuazioni del sistema si possono interpretare come i ticchettii di un orologio, e permettono di determinare un'altra nozione di tempo. Tempo interno

47 IL TEMPO NELLA SCIENZA 1.Le interpretazioni storiche 2.I cicli astronomici 3.Lirreversibilità della natura 4.Cenni sulla relatività

48 4 – Cenni sulla relatività * Approccio allelettromagnetismo * Londra, 1864: Equazioni di Maxwell Velocità di propagazione fissa Cleveland, 1887: Esperimento di Michelson e Morley Letere non esiste

49 La propagazione nel vuoto delle onde elettromagnetiche è leffetto più veloce che si conosca La velocità in questione è un invariante assoluto, cioè non dipende dallosservatore Nessuna velocità può eccedere c = ,458 km/s La velocità c caratterizza/condiziona la realtà fisica * Costante di natura * 4 – Cenni sulla relatività

50 Nessuna interazione è istantanea

51 4 – Cenni sulla relatività Sorgente ASorgente B Osservatore 1 Osservatore 2 Eventi rilevati come non simultaneiEventi rilevati come simultanei Il concetto di simultaneità dipende da chi osserva, ossia è relativo * Simultaneità *

52 4 – Cenni sulla relatività * Velocità (spazio/tempo) * La velocità è una grandezza relativa c = km/s è un invariante di Madre Natura Sussiste un vincolo su come si compongono le velocità Spazio e tempo dipendono dallosservatore

53 4 – Cenni sulla relatività * Composizione dei moti uniformi * V T (rispetto suolo) V U (rispetto tram) Velocità V P delluomo che corre rispetto un osservatore sotto la pensilina: Caso classico (velocità ordinarie): V P = V T + V U (circa) Caso relativistico (velocità enormi): V P < V T + V U Le velocità non si sommano!

54 4 – Cenni sulla relatività * Principio di relatività * La velocità delluomo che corre nel tram è inferiore se contemplata dalla pensilina. Il tempo a bordo del tram risulta dunque rallentato, qualora misurato dalla pensilina. Per gli stessi motivi, dal tram sono invece gli eventi esterni ad apparire rallentati. Ma le leggi di natura devono essere uguali per tutti gli osservatori inerziali. Lo spazio deve di conseguenza adeguarsi e si contrae nella direzione del moto.

55 4 – Cenni sulla relatività Il tempo rallenta con il movimento

56 Fine presentazione Il tempo è nella scienza: Universale Oggettivo Lineare e ciclico Legato al Caos Relativo Grazie dellattenzione


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