LA CRISI DELLA FISICA
CLASSICA
LICEO SCIENTIFICO “CAVOUR”
CLASSE 4^D
Prof.ssa Adriana Lanza
IL SETTECENTO
Un secolo rivoluzionario
•La prima rivoluzione industriale
Prima rivoluzine
industriale
•La Rivoluzione americana
•Dichiarazione di indipendenza 1776
•La Rivoluzione francese 1789
L’Ottocento
Un secolo di veloci cambiamenti
•L’ Impero napoleonico
•Il Congresso di Vienna 1815
•Il Risorgimento italiano
•La seconda Rivoluzione industriale
MUTAMENTI DEL
PENSIERO
FILOSOFICO E SCIENTIFICO
IL SECOLO DEI LUMI
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 17511780
• Voltaire
• Beccaria
• 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
• 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.
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
• 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 !
Si estende il
principio di
relatività
La velocità della
luce
dipende
dal riferimento
Verifica
sperimentale
Esito
negativo!
L’esperienza
prova che
la velocità
della luce è invariante
La velocità della
luce
dipende
dal riferimento
Si estende il
principio di
relatività
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