RELATIVITÀ :
Filosofia e fisica a confronto
PRIMA PARTE
La concezione del Tempo
nella Storia dell’Uomo
Ci accompagneranno
in questo viaggio nel
tempo, due grandi
personaggi che hanno
arricchito
la
conoscenza
dell’umanità
Salve sono il famosissimo A.
Einstein.
(1879-1955) e vi accompagnerò in
questo viaggio che ci porterà a
conoscere
la
teoria
della
Relatività, Iniziando dal Tempo e
dalla sua misura. Avrò come
compagno Platone, un grande
filosofo greco.
Buongiorno, il mio nome è Platone( 428-347
a.c) e sono un esperto nel campo della
Filosofia. Cercherò di dare il mio contributo
per la comprensione
della relatività,
partendo dal Tempo e dal suo significato. Avrò
come interlocutore il grande A. Einstein.
Parla Platone
La nozione di tempo, di un qualcosa che scorre
come un fiume senza sosta inesorabilmente dal
giorno della nascita, al giorno della morte, forse è
sempre esistita nella mente dell’uomo, fin dai tempi
della preistoria.
Gli uomini delle caverne vedevano
spuntare il sole ed ad un certo punto
sopraggiungere la notte; vedevano la
natura assumere aspetti diversi a
seconda delle stagioni; vedevano se
stessi e i loro simili crescere, cambiare e
morire. In questo modo hanno cominciato
a maturare l’idea del tempo, come una
forza che
si manifestava nel
cambiamento delle cose.
Dialogo tra due preistorici secondo Platone
E’
una
forza
misteriosa!
Noi
siamo
piccole
pedine nelle sue
Mani!
Cosa pensi
del tempo?
Scusa pensavo
volessi discutere
del perché si
nasce
poi
si
cambia e poi si
muore
Io intendevo dire se
pensi che domani
pioverà!
Interviene Einstein
Non avevano strumenti per
misurare questa grandezza fisica
così sfuggente. Per questo
consideravano il tempo una forza
misteriosa..
Dialogo tra due preistorici secondo Einstein
Se
avessi
un
qualcosa
per
controllare il tempo
mi sentirei meno
sopraffatto
dalla
sua forza
Esattament
e
Intendi dire
strumento
misura?!
uno
di
Parla Platone
L’esigenza di misurare la durata del tempo
deve essere sorta quando l’uomo ha
cominciato a organizzarsi in gruppi. Fu
avvertita la necessità di ripartire la giornata
tra il periodo da riservare al lavoro e quello
da dedicare al riposo e alle cerimonie
religiose
Interviene Einstein
Il moto degli astri, e del Sole in
particolare, deve aver quindi
rappresentato per l'uomo primitivo
una specie di orologio naturale
sempre disponibile e della cui
immutabilità poteva essere certo.
Da questo orologio poteva essere
tratto un’unità di misura del tempo.
All’inizio fu il giorno l’unità di
misura.
Il primo popolo a inventare degli strumenti per
misurare il tempo fu quello egizio.
Lo GNOMONE.
E’ il più antico strumento per la misurazione
del tempo. Era formato da un' asta verticale
che segnava, con l’ombra del Sole che si
sposta, la suddivisione della giornata.
Lo Gnomone
Il tipo più comune di gnomone è la
punta dello stilo, cioè un'asta che
sporge dal quadrante. In tal caso lo
gnomone è una sfera, un mirino o un
foro gnomonico.
Gli antichi egizi fuono anche i primi ad utilizzare le
clessidre ad acqua.
Le clessidre ad acqua furono
utilizzate dagli egiziani per misurare il
tempo. Un recipiente con delle
tacche sulla parete interna veniva
riempito fino all’orlo al tramonto del
Sole e quando l'acqua era scesa alla
prima tacca secondo la scala mensile
iniziava la seconda ora. Le pareti
interne contenevano
12 scale
mensili.
Parla Platone
Anche i Greci si misero all’opera per inventare
strumenti utili per misurare il tempo.
In Grecia l'uso della clessidra fu
introdotto nel 325 a.C., sotto forma di
contenitori in pietra di forma tronco
conica che facevano fuoriuscire acqua
da un foro praticato sul fondo, a un
ritmo costante. Altre clessidre avevano
forma cilindrica o a coppa e venivano
lentamente riempiti da un flusso
costante di acqua. Alcuni segni sulla
superficie interna del contenitore
indicavano il trascorrere delle ore al
salire del livello del liquido.
Parla Einstein
Presso gli antichi Romani, gli orologi
più diffusi erano senz'altro quelli
solari, le meridiane, presenti sia in
luoghi pubblici che nelle case private
e costruite in vari modi.
E’
la
meridiana
che mi ha
regalato Mia
Suocera!
Il mese era calcolato secondo la luna
ed aveva 29/30 giorni. Il secolo non
era considerato dai romani perché
avevano una visione solo del tempo
presente.
Pare che il più antico calendario
romano fosse diviso in dieci mesi.
Esistevano presso i Romani, anche
clessidre ad acqua per cui è possibile
ipotizzarne l’ utilizzo anche in campo
militare. Le clessidre erano utilizzate
per misurare determinati intervalli,
come il tempo a disposizione degli
oratori durante le cause in tribunale.
Nel Medioevo
gli scienziati
crearono un prototipo di
orologio a ingranaggi che
funzionava tramite dei pesi.
(XllI secolo circa)
Aggiungerei che nel Medioevo la misurazione del
tempo era un lusso riservato ai potenti. Il calendario
era composto di 12 mesi ma con un numero variabile
di giorni da 28 a 31.
Esatto. Inoltre bisogna dire
che i mezzi per misurare la
scansione della giornata
erano rudimentali: venivano
usate meridiane, orologi ad
acqua e clessidre. Orologi
ad ingranaggi azionati con
pesi furono utilizzati, come
ho accennato prima a partire
dal XIII secolo.
Per essere completi possiamo aggiungere
che La parola orologio deriva da due
termini greci : hour che significa “
stagione” e logos che significa “ discorso”.
L’orologio sarebbe un discorso sulla
stagione con chiaro riferimento al fatto
che la durata degli intervalli di tempo
segnati
da
questi
strumenti
originariamente era diversa nelle diverse
stagioni. Per molto tempo, gli unici
strumenti per misurare il tempo restarono
le meridiane e le clessidre orologi noti fin
dalla più remota antichità.
Tuttavia, come le nuvole rendevano
inutilizzabili gli orologi solari, così il
gelo
rendeva
inutilizzabili
le
clessidre ad acqua. Sarebbe
bastato sostituire l’acqua con della
sabbia; eppure, sembra incredibile
ma si è dovuto aspettare fino al
1300, per vedere in azione le prime
clessidre a sabbia , di cui vennero
costruiti diversi modelli in grado di
misurare intervalli di tempo da pochi
secondi a ventiquattro ore.
Esse erano usate sulle navi, dove non si
potevano usare orologi di altro tipo; nei tribunali
per misurare il tempo da concedere agli
avvocati per la difesa dei loro assistiti; nelle
officine e fino al 1800, per sentire il polso dei
malati. Oggi le clessidre a sabbia sono
considerate per lo più oggetti decorativi. Tuttavia
vi è ancora qualcuno un po’ snob che le utilizza
per la cottura delle uova alla coque o per
misurare il tempo che passa al telefono.
Nonostante la qualità piuttosto scadente degli orologi meccanici
( nettamente più imprecisi delle clessidre e degli orologi solari),
si era affermata l’abitudine di suddividere l’ora in 60 parti più
piccole ciascuna delle quali veniva chiamata in latino pars
minuta prima che significa “ prima piccola parte”, poi abbreviata
in minuto; e queste, a loro volta, venivano suddivise in altre
sessanta parti più piccole, ciascuna delle quali era chiamata,
sempre in latino, pars minuta secunda (seconda piccola parte)
poi abbreviata in “secondo”. La scelta del numero 60, viene
fatta risalire ai Sumeri (3000 a.c), i quali avevano diviso il
cerchio in 360 parti uguali. Il numero 60 e il 360 erano
considerati numeri magici concessi all’uomo dagli Dei.
E’ stata utile questa precisazione da parte di Platone.
Aggiungerei che, la clessidra svincolò il calcolo del
tempo dalla diretta e continua osservazione del cielo,
e consentì anche una diversa valutazione. Gli orologi
solari e stellari, indicavano infatti un” preciso istante”,
cioè il momento in cui un evento si verificava. Le
clessidre, invece, attraverso il lento svuotamento ( o
riempimento) di un recipiente ( che presentava
all’interno incise,
delle tacche di riferimento),
mostravano con chiarezza l”gli intervalli di tempo” cioè
misuravano la durata di un determinato fenomeno o
evento. Da questo punto di vista possiamo ritenere
che solo con l’invenzione della clessidra nacque
l’effettiva misurazione del tempo.
Cosa aveva stabilito Galileo
(1564-1642)
Galileo Galilei affermava che, lanciando
verso l’alto una palla all’interno di un
veicolo che si muove a velocità costante
(sempre la stessa) la palla ritorna nelle
mani di chi la lancia, esattamente come
avviene quando si sta fermi .
Se non sbaglio è
l’epoca
ancora
dominata
dall’idea
che poneva la Terra al
centro dell’universo e
di tutti gli altri corpi
celesti, compreso il
sole. Cioè l’epoca del
geocentrismo.
Si.
Sebbene
Nicolò
Copernico
(1473-1543)
avesse
messo
in
discussione questa visione
proponendo la sua teoria
eliocentrica ( Sole al centro
dell’universo con la Terra in
movimento attorno ad esso.)
la
teoria
geocentrica
continuava ad imperare.
I sostenitori della teoria
geocentrica obiettavano
a ciò che sosteneva
Copernico, dicendo che
se la terra si muovesse
realmente, poiché l’aria
non è in contatto col
suolo,
sulla
terra
dovrebbe
soffiare
sempre un forte vento .
Inoltre sostenevano , al contrario
di Galileo Galilei, che lanciando
in alto una palla, se la terra si
muovesse,
la
palla
non
dovrebbe mai ritornare nelle
mani del lanciatore. Questa era
per loro la prova che la terra
fosse ferma. In quest’epoca si
riteneva quindi che i fenomeni
fisici che avvengono su corpi in
movimento, fossero diversi da
quelli che si verificavano su corpi
fermi. (1400-1650)
Ecco alcune delle scoperte di
Galileo Galilei. Egli
Riuscì a
determinare
il
valore
dell’accelerazione
di
gravità
studiando la caduta di sfere ben
levigate su di un piano inclinato
anche’esso ben levigato.
Altra importante scoperta di
G: Galieli : l’isocronismo del
pendolo.
Il tempo impiegato dal
pendolo per andare da una
parte compiendo
un’oscillazione completa è
lo stesso. Qualsiasi sia la
lunghezza del pendolo.
G.Galilei fu il primo ad utilizzare il telescopio per osservare il
cielo. Per mezzo di esso trovò conferma al fatto che fosse la
Terra a ruotare intorno al sole. Inoltre scoprì anche i quattro
satelliti di Giove, le macchie solari ed osservò per primo la
superficie ruvida della luna.
La Terra
Il Sole
Con Galileo Galilei nasce il concetto di
moto relativo. Relativo è detto Di
fenomeno o grandezza fisica che può
assumere aspetti o valori diversi in
dipendenza
dell’ambiente
o
dell’osservatore o del sistema di
riferimento.
Per darvi un’idea del concetto di
“relativo” provate a dire
cosa vi
appare guardando
la
figura
sottostante.
Allora, secondo voi, la donna è vecchia
o giovane?.
In verità essa è sia una che l’altra allo stesso
tempo. Infatti l’occhio, Il naso, la bocca della donna
vecchia
si
trasformano
rispettivamente
nell’orecchio, nel mento e nel collier della donna
giovane. Noi vediamo l’una o l’altra delle due a
seconda di quello che vogliamo guardare.
La vecchia e la giovane ci
appaiono
come
aspetti
diversi di una stessa realtà ,
una realtà Relativa appunto,
cioè che dipende dal nostro
modo di guardare, dal
nostro punto di osservazione
.( o se vogliamo essere
precisi, dal sistema di
riferimento).
Newton (1642-1727) introdusse le
due nozioni ( che saranno oggetto di
grandi
dibattiti
e
di
decise
contestazioni, specialmente da parte
di Einstein) di tempo assoluto e di
spazio assoluto.
Secondo Newton, Il tempo sarebbe
rigido, indipendente e assoluto.
L’assolutezza del tempo ( e dello
spazio), erano da Lui considerati
attributi di Dio. Secondo Einstein
invece il tempo è elastico e dipende
sia dal moto sia dal campo
gravitazionale in cui si trova ogni
singolo osservatore.
Il tempo assoluto significa che esso fluisce in
maniera uniforme senza relazione con qualcosa
di esterno. Il tempo è ovunque e lo spazio esiste
da sempre e sempre esisterà. Sono indisturbati
dal movimento della materia, secondo Newton.
Si. Quello che dice Platone è corretto. Con questi
concetti Newton ha influenzato molto la sua epoca, e non
solo. Io ( cioè Einstein), metterò in discussione le sue
idee e, come vedremo successivamente, elaborerò la
teoria della relatività, prendendo spunto dalla relatività di
Galileo Galilei.
Le parole del bruco
mi hanno fatto
tornare alla mente
il giorno in cui,
mentre dormivo …
La forza di attrazione gravitazionale su un corpo
di massa m, generata dal campo gravitazionale
di un corpo di massa M, è data, in forma
vettoriale, da:
È merito mio se Newton è quello che è adesso…
Però che fatica con quella mela…
Esiste il tempo della fisica che è
un concetto basato su regole
matematiche. E’ il tempo dei
fenomeni che vengono studiati
con la forza della ragione e con
un linguaggio matematico. Esso
può essere definito come la
successione ordinata dei diversi
stati dell’universo.
E c’è il tempo del senso comune: è il
tempo
dovuto
all’intuizione
e
all’esperienza dell’uomo; è il tempo dei
fenomeni naturali che percepiamo e
sperimentiamo sulla nostra pelle.
Ciascuno di noi ha una sua personale
esperienza del tempo, di natura sia fisica
che psicologica. Il tempo che viviamo
non è qualcosa di estero a noi ma è
qualcosa che noi consideriamo e che
modifichiamo.
A. Einstein- Relativita
Esposizione divulgativa
Ed. Boringhieri
Rivista scientifica- Newton
:
L’universo
della
Relatività- RCS periodici
Docente di riferimento
:
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