CERN F. RuggieroPergine Valdarno, 16 Maggio 2003 Biografie, eventi, curiosità Un po’ di ZAPPING… Complemento alla presentazione sulla Relatività di EinsteinRelatività.

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1 CERN F. RuggieroPergine Valdarno, 16 Maggio 2003 Biografie, eventi, curiosità Un po’ di ZAPPING… Complemento alla presentazione sulla Relatività di EinsteinRelatività di Einstein

2 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 2 Aristotele (384-322 a.C.) E naturalmente una pietra cade più in fretta di una piuma Per far muovere un corpo è necessaria una forza http://vmsstreamer1.fnal.gov/Lectures/Physics4Every/Prosper/index.htm

3 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 3 Galileo Galilei (1564-1642) Inventa il telescopio, col quale scopre 4 satelliti di Giove Nel 1633 è condannato per eresia e il suo “Dialogo” è messo all’indice Riabilitato nel 1992 da Papa Wojitila

4 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 4 Telescopio: Fisica o Chirurgia? occhio modificato chirurgicamente occhio di Galileo piccola lente grossa lente la magnifica invenzione la soluzione Thinking Physics Lewis Carroll Epstein

5 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 5 Galileo: Principio di Relatività (1632) Riserratevi con qualche amico nella maggior stanza che sia sotto coverta di alcun gran navilio, e quivi fate d’aver mosche, farfalle e simili animaletti volanti; siavi anco un gran vaso d’acqua, e dentrovi de’ pescetti; sospendasi anco in alto qualche secchiello, che a goccia a goccia vadia versando dell’acqua in un altro vaso di angusta bocca, che sia posto a basso: e stando ferma la nave, osservate diligentemente come quelli animaletti volanti con pari velocità vanno verso tutte le parti della stanza; i pesci si vedranno andar notando indifferentemente per tutti i versi; le stille cadenti entreranno tutte nel vaso sottoposto; e voi, gettando all’amico alcuna cosa, non più gagliardamente la dovrete gettare verso quella parte che verso questa, quando le lontananze sieno eguali; e saltando voi, come si dice, a piè giunti, eguali spazii passerete verso tutte le parti. Osservate che avrete diligentemente tutte queste cose, benchè niun dubbio ci sia che mentre il vasello sta fermo non debbano succeder così, fate muover la nave con quanta si voglia velocità; ché (pur che il moto sia uniforme e non fluttuante in qua e in là) voi non riconoscerete una minima mutazione in tutti li nominati effetti, nè da alcuno di quelli potrete comprender se la nave cammina o pure sta ferma…

6 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 6 Isac Newton (1642-1727) Inventa (in parallelo a Leibniz) il calcolo differenziale e formula le leggi della fisica classica: spazio e tempo sono assoluti Spiega il moto dei pianeti con la legge di gravitazione universale F = G m 1 m 2 /r 2 Elabora un modello corpuscolare della luce Si interessa di profezie bibliche, di alchimia e di… falsari If I have been able to see further, it was only because I stood on the shoulders of giants

7 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 7 150 milioni di km dalla Terra al Sole? Eratostene stima il raggio della Terra nel 235 a.C. A mezzogiorno del 22 Giugno l'ombra di una colonna ad Alessandria è 1/8 della sua altezza. A Sirene, che dista 800 km, niente ombra. Raggio della Terra ~ 8x800 km ~ 6400 km Aristarco confronta il cono d’ombra durante le eclissi di Sole e di Luna (l’ombra della Terra è 2.5 volte maggiore del diametro della Luna): diametro della Luna ~ diametro della Terra/3.5 ~ 3650 km La Luna ha una dimensione angolare di mezzo grado: distanza Terra-Luna ~ 110 diametri lunari ~ 400000 km Aristarco stima poi una distanza Terra-Sole pari a 20 volte la distanza Terra-Luna, misurando un angolo di 87 gradi fra il Sole e la Mezza-Luna. Questa stima è sbagliata! Un valore più preciso è 89.8 gradi: distanza Terra-Sole ~ 400 distanza Terra-Luna ~ 150 milioni di km

8 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 8 Misure della velocità della luce DataAutoreMetodoc (km/sec)Errore 1600GalileoLanterneMolto veloce 1676RömerLune di Giove214˙000 1726BradleyAberrazione stellare301˙000 1849FizeauRuota dentata315˙000 1862FoucaultSpecchio rotante298˙000+-500 1879MichelsonSpecchio rotante299˙910+-50 1907Rosa, DorsayCost. Electromagnetiche299˙788+-30 1926MichelsonSpecchio rotante299˙796+-4 1947EssenCavità Risonante299˙792+-3 1958FroomeRadio Interferometro299˙792.5+-0.1 1973EvansonLaser e orologi atomici299˙792.4574+-0.001 è Nel 1983 il metro è stato definito come lo spazio percorso dalla luce nel vuoto in 1/299792458 sec

9 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 9 James C. Maxwell (1831-1879) Stabilisce le equazioni che legano le oscillazioni del campo elettrico a quelle del campo magnetico La luce è un’onda che si propaga nell’etere Studia la teoria molecolare dei gas e l’irreversibilita (“diavoletto di Maxwell”)

10 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 10 Quanto è grande una molecola? Nel 1773 Benjamin Franklin versa un cucchiaino d’olio nello stagno di Clapham e calma le acque agitate dal vento! 120 anni dopo, Lord Rayleigh ripete l’esperimento e misura la lunghezza della molecola di trioleina: come?

11 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 11 Franklin versa il cucchiaino d’olio e osserva: chiazza iridescente che si espande rapidamente acqua calma su gran parte dello stagno (mezzo acro) Volume d’olio nel cucchiaino (da tè) V ~ 4 cm 3 Superfice dell’acqua calma S ~ 2000 m 2 Lord Rayleigh suppone mono-strato di molecole dimensioni molecolari = V/S ~ 4 cm 3 / 2000 m 2 = 2 x 10 -9 m = 2 nm

12 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 12 Spettro delle onde elettromagnetiche La luce visibile ha una lunghezza d’onda di qualche centinaio di nanometri Diverse lunghezze d’onda (e frequenze) corrispondono ai diversi colori

13 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 13 Albert Einstein (1879-1955) Nasce a Ulm (Germania), studia in Svizzera e poi lavora all’ufficio brevetti di Berna Nel 1905 rivoluziona la fisica con tre lavori fondamentali su Moto Browniano, Relatività Speciale ed Effetto Fotoelettrico (premio Nobel nel 1921) Nel 1916 nuova teoria della gravitazione: Relatività Generale Insegna a Berlino e nel 1933 (Nazismo) emigra a Princeton Nel 1939 scrive a Roosvelt

14 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 14 Spettacolare esempio di Lente Gravitazionale Strutture circolari create dalla deflessione gravitazionale della luce attorno all’ammasso galattico Abell 2218 (Hubble Space Telescope, http://hubblesite.org/newscenter/archive/1995/14/ ) http://hubblesite.org/newscenter/archive/1995/14/

15 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 15 Dinamica classica (Newton) p = m v impulso, m: massa costante F = m a = m dv/dt = dp/dt Forza dE = F dL variazione di Energia su dL = v dt dE = dp/dt v dt = dp v = m v dv = d (m v 2 /2) Dinamica relativistica (Einstein) p = m v impulso, m = m o /√ (1-v 2 /c 2 ) F = dp/dt Forza dE = F dL = dp/dt v dt = dp v Quando v≈c: dp = dm c, dE = dp c = dm c 2 Nella collisione di materia e antimateria tutta la massa si trasforma in energia E = m c 2

16 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 16 Fissione nucleare dell’Uranio Little Boy, la bomba di Hiroshima, conteneva circa 4 tonnellate di Uranio e produsse 13 kiloton di energia. Una conversione di 50 grammi di massa in energia produrrebbe circa 1 megaton

17 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 17

18 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 18 La Fisica secondo Feynman Physics is like sex. It has practical applications. But that is not the main reason you do it. Richard P. Feynman (1918-1988)

19 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 19 For fun… The art of lecanomancy (Hamurabi, 18th century B.C.E.) The spreading of oil on water in a ceremonial bowl (1) Oil sinks, rises and spreads: war-lost sick- divine punishment (2) Oil splits in two: war-both camps march together sick- death (3) Single oil drop emerges in the east: war-booty sick-recovery (4) 2 drops (large & small): male child will be born sick- recovery (5) Oil fills bowl: war-defeat for the leader sick- death

20 CERN F. RuggieroL’Igloo di Einstein 20 Qualche riferimento Relativity visualized di Lewis Carroll Epstein Insight Press, San Francisco, 1985 Spaziotempo (la relatività ristretta) di Roman Sexl e Herbert K. Schmidt Boringhieri, Torino, 1980 L'eredità di Einstein di Julian Schwinger Zanichelli, Bologna, 1988 Le vite segrete di Albert Einstein di Roger Highfield e Paul Carter Muzio, Padova, 1994