LA CRISI DELLA FISICA CLASSICA LICEO SCIENTIFICO “CAVOUR” CLASSE 4^D Prof.ssa Adriana Lanza

INQUADRAMENTO STORICO Dal '700 al '900

Un secolo rivoluzionario IL SETTECENTO Un secolo rivoluzionario La prima rivoluzione industriale Prima rivoluzine industriale La Rivoluzione americana Dichiarazione di indipendenza 1776 La Rivoluzione francese 1789

Un secolo di veloci cambiamenti L’Ottocento Un secolo di veloci cambiamenti L’ Impero napoleonico Il Congresso di Vienna 1815 La seconda Rivoluzione industriale Il Risorgimento italiano

MUTAMENTI DEL PENSIERO FILOSOFICO E SCIENTIFICO

IL SECOLO DEI LUMI L’Enciclopedia 1751-1780 Beccaria Voltaire Nel Settecento si sviluppò un movimento di idee, fondato sul ragionamento, la tolleranza, la libertà di giudizio . La mentalità razionale nata con la rivoluzione scientifica ebbe riflessi importantissimi anche sugli studi relativi al comportamento dell’uomo e alle sue idee. Il movimento culturale che ne segui fu detto Illuminismo perché ispirato dai “lumi della ragione.” L’Enciclopedia 1751-1780 Beccaria Voltaire

La geometria euclidea e la fisica newtoniana Alla fine del secolo Kant cerca di dare una sistemazione unitaria al pensiero filosofico e scientifico, basandolo su due pilastri: La geometria euclidea e la fisica newtoniana Kant

In particolare, nella sua Critica della Ragion pura , cerca di dare una soluzione critica dei problemi metafisici e gnoseologici e fonda su Spazio e Tempo la sua teoria della conoscenza. Spazio e tempo non sono concetti empirici, ma due intuizioni , forme <<a priori>> della conoscenza sensibile , quindi universali. Essi permettono ,tra l’altro,di costruire i giudizi matematici che sono <<sintetici a priori>> <<Sintetici >> perché ci fanno conoscere qualcosa sulla realtà, <<a priori>> in quanto indipendenti dall’esperienza e universalmente validi..

La fine del ‘700 e l’inizio dell’800 rappresentano uno dei periodi più turbolenti della storia europea. Dopo la caduta di Napoleone si crea un clima di sfiducia nelle idee illuministe  

L’inizio del secolo vede, in ambito filosofico, una svolta idealista , mentre nella seconda metà si afferma il positivismo, caratterizzato da un’estrema fiducia nella scienza e nel suo metodo Schelling (1775-1854) Herbert Spencer, 1820-1903.

In ambito scientifico si assiste ad una precisa svolta rigorista, specialmente in Matematica. Mentre nel Settecento veniva privilegiato l’aspetto tecnico, nell’800 si cerca una garanzia razionale nell’esatta definizione dei concetti-base delle varie discipline

In tutto l’arco del secolo assistiamo quindi ad una crisi dei fondamenti , sia in matematica che in fisica, crisi che sfocerà nella rivoluzione epistemologica del XX secolo

CRISI DEI FONDAMENTI MATEMATICA: La geometria euclidea con Kant aveva acquistato una garanzia di verità semantica per la sua corrispondenza con la realtà. La nascita delle Geometrie non euclidee e, più avanti, la teoria delle trasformazioni di Klein, mettono in crisi questa concezione ed aprono uno dei dibattiti più affascinanti del pensiero filosofico scientifico , il problema del rapporto tra Geometria e Fisica.

FISICA :Nello stesso periodo si era affermata una nuova concezione del rapporto tra spazio e fenomeni fisici , grazie ai contributi di Faraday, Maxwell ed Hertz nello studio delle proprietà del campo elettromagnetico .

CRISI DEI FONDAMENTI DELLA MATEMATICA RIFLESSIONI SULLA GEOMETRIA LA GEOMETRIA EUCLIDEA LE GEOMETRIE NON EUCLIDEE IL METODO ASSIOMATICO- GEOMETRIA e VERITA’ GEOMETRIA E FISICA GEOMETRIA E TRASFORMAZIONI

Riemann Klein Helmoltz Poincarè

CRISI DELLA FISICA CLASSICA IL CAMPO ELETTROMAGNETICO LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E IL PROBLEMA DELL’ETERE LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’

Maxwell Lorentz Minkowski Einstein

IL CAMPO ELETTROMAGNETICO I fenomeni elettromagnetici, come l’interazione corrente-magnete scoperta da Oersted, apparvero inizialmente in contrasto col paradigma newtoniano L’esperimento di Oersted(1820)

Il concetto di campo , inizialmente introdotto per agevolare la comprensione dei fenomeni elettrici e magnetici secondo un modello meccanico, a poco a poco acquistò connotazioni nettamente distinte dagli schemi meccanicistici   

LE ONDE ELETTROMAGNETICHE

Alla fine XIX secolo sembrava che la fisica avesse trovato un assetto teorico completo, su cui si fondava l’enorme progresso tecnologico in vari campi (industria, trasporti etc.etc.). La fiducia nei risultati della scienza però aumentò l’esigenza di rendere più solide le basi concettuali, proprio nei rapporti tra i due pilastri, la Meccanica di Newton e l’Elettromagnetismo di Maxwell

La scoperta delle onde elettromagnetiche, capaci di propagarsi anche in assenza di un mezzo elastico, aprì un’altra problematica : ammettere l’esiste un mezzo sconosciuto, l’etere, che trasporta le onde elettromagnetiche o attribuire allo spazio la capacità di assumere stati diversi , partecipando direttamente agli eventi fisici. Esperimenti di Hertz sulle onde elettromagnetiche

La costruzione di un modello meccanico dell’etere e la ricerca di prove sperimentali della sua esistenza, impegnarono per molti anni , ma senza risultati, la ricerca scientifica.

Entrambi i problemi, geometrizzazione dello spazio e rapporto tra meccanica ed elettromagnetismo, furono al centro dell’elaborazione della teoria della Relatività e portarono ad una concezione dello spazio completamente nuova , il continuo spazio-temporale

Inoltre le equazioni di Maxwell portano alla conclusione le onde elettromagnetiche , e in particolare la luce, si propagano con  una velocità c , molto vicina al valore misurato per i segnali luminosi (circa 3. 10 8 m/s) .Ma rispetto a quale sistema di riferimento esso si propaga   con tale velocità ? 

Se esiste l’etere, la risposta non può che essere : l’etere è  il sistema di riferimento inerziale assoluto, privilegiato, rispetto al quale le onde elettromagnetiche si propagano con velocità c.   

IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’ NON E’ VALIDO        In accordo con le trasformazioni galileiane, in ogni altro riferimento inerziale , in moto con velocità v rispetto all’etere, la velocità della luce dovrebbe risultare uguale a c + v ovvero c-v. IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’ NON E’ VALIDO PER I FENOMENI ELETTROMAGNETICI!

PERTANTO: E’ lecito ipotizzare che : È possibile ,mediante un esperimento di elettromagnetismo , effettuato all’interno di un riferimento inerziale, stabilire se il riferimento stesso è fermo o si muove di moto rettilineo uniforme

La velocità della luce non è influenzata dal moto della terra! Furono fatti diversi esperimenti molto accurati per verificare questa previsione (fra tutti menzioniamo quello di Michelson e Morley del 1881) ma tutti con esito negativo. La velocità della luce non è influenzata dal moto della terra!

Non è possibile mediante esperimenti di elettromagnetismo , effettuati all’interno di un riferimento inerziale, stabilire se il riferimento stesso è fermo o si muove di moto rettilineo uniforme SI DEVE ESTENDERE IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’ A TUTTI I FENOMENI FISICI!

QUINDI: Se per i fenomeni elettromagnetici si nega il Principio di relatività Si è costretti ad estendere il Principio di relatività !

Esito negativo!

L’esperienza prova che

Riassumendo La velocità della luce è la stessa in tutti i riferimenti inerziali Si deve estendere all’elettromagnetismo il principio di relatività Ma il principio di relatività comporta che, in accordo con le trasformazioni galileiane, la velocità della luce dipende dal sistema del riferimento

DA “ L’EVOLUZIONE DELLA FISICA “ Di Einstein-Infeld: <<…Tutti i tentativi volti a spiegare i fenomeni elettromagnetici nei riferimenti in moto, sia ricorrendo al moto dell'etere , sia ricorrendo al moto attraverso l’etere , sia postulando questi due moti insieme, si sono palesati inutili. Si creò così una delle più drammatiche situazioni che la storia della scienza ricordi…..>>

Einstein, al pari di Galileo di fronte ai paradossi relativi all’ipotesi del moto della terra, indica la giusta via da seguire : una redifinizione dei concetti base della Meccanica classica