Crisi della fisica classica e possibili riposte

I successi teorici della fisica dell’Ottocento 1810-1820: la luce viene riconosciuta e descritta quantitativamente come fenomeno ondulatorio (Young, Fresnel); 1820-1830: 1) viene fondato l’Elettromagnetismo; 2) nasce la termodinamica (Carnot, Klapeyron). Anni quaranta: principio di conservazione dell’energia (Mayer, Joule, Helmotz); 1850-1870: il concetto di calore trova una sua interpretazione definitiva nell’ambito di una descrizione corpuscolare e statistica (Clausius, Maxwell, Boltzmann);

I successi teorici della fisica dell’Ottocento Anni settanta: equazioni di Maxwell e modello di campo, la luce viene identificata come radiazione elettromagnetica e quindi l’ottica viene inglobata nell’Elettromagnetismo; Fine anni ottanta: Hertz ottiene per la prima volta onde elettromagnetiche da un circuito oscillante; 1895-1896: scoperta raggi X ed emissioni radioattive; 1897: J. Thomson conferma la natura corpuscolare dell’elettrone aprendo la strada all’interpretazione classica della conduzione elettrica.

Le contraddizioni della fisica dell’Ottocento La radiazione di corpo nero; l’effetto fotoelettrico; il modello nucleare dell’atomo; la discontinuità degli spettri di emissione; limiti delle trasformazioni galileane per velocità prossime a quella della luce.

La radiazione del corpo nero

L’effetto fotoelettrico

Il modello nucleare dell’atomo Il modello di Rutherford, proposto per interpretare la struttura degli atomi e, quindi, dell’Universo, ne implicherebbe la totale instabilità

La discontinuità degli spettri di emissione

Impossibilità di dimostrare il moto assoluto Si era fatta l’ipotesi che la luce si propagasse in un etere immobile, con velocità costante indipendente dalla sorgente. In teoria, applicando la legge galileana di composizione delle velocità, doveva essere possibile riconoscere il moto eventuale di un osservatore rispetto alla luce, cioè rispetto all’etere immobile nel quale la luce si propaga. Gli esperimenti di Michelson e Morley negavano la deduzione 2).

Impossibilità di dimostrare il moto assoluto Questa situazione era commentata da Einstein nel modo seguente: “Si creò così una delle più drammatiche situazioni che la storia della scienza ricordi. Tutte le supposizioni concernenti l’etere non conducevano a nulla […]. Tutti i tentativi di fare dell’etere una realtà sono falliti. Esso non ha rivelato né la propria struttura meccanica né il moto assoluto. Nulla è rimasto di tutte le proprietà dell’etere, eccetto quella per la quale esso venne inventato, ovvero la facoltà di trasmettere onde elettromagnetiche. E poiché i nostri tentativi di scoprirne le proprietà non hanno fatto che creare difficoltà e contraddizioni, sembra giunto il momento di dimenticare l’etere, di non pronunciarne più il nome [….]. A.Einstein, L. Infeld, L’evoluzione della fisica

I postulati della relatività einsteiniana La risposta che Einstein propose fu quella di ripartire dall’inizio riformulando i postulati della meccanica: 1) Per due sistemi di riferimento che si muovono l’uno rispetto all’altro, tutte le leggi fisiche sono identiche e non c’è, quindi, possibilità di riconoscere un eventuale moto uniforme assoluto. 2) La velocità delle luce nel vuoto è indipendente dal moto della sorgente che la genera e dal moto dell’osservatore che la riceve.

Confronto tra trasformazioni galileane e di Lorentz Questo contesto, soprattutto la necessità di supporre l’invarianza della velocità della luce, costrinse a modificare le leggi di trasformazione di spazio e tempo nel passaggio da un riferimento all’altro. Spazio e tempo diventano relativi all’osservatore

Conseguenze delle Trasformazioni di Lorentz Dilatazione degli intervalli di tempo. Contrazione delle lunghezze. La modificazione del concetto di simultaneità. Una nuova legge di composizione delle velocità. La massa non è più invariante ma anch’essa dipende dal rapporto v/c.

Maria Funaro – Antonio Scafuro http://www.antonioscafuro.it Voltato l’angolo forse ancora si trova Un ignoto portale o una strada nuova; Spesso ho tirato oltre, ma chissà, Finalmente il giorno verrà, E sarò condotto dalla fortuna A Est del Sole, a Ovest della Luna Il ritorno del re - Tolkien Maria Funaro – Antonio Scafuro http://www.antonioscafuro.it