LA CRISI DELLA FISICA CLASSICA

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

2. INQUADRAMENTO STORICO Dal '700 al '900

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

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

5. MUTAMENTI DEL PENSIERO FILOSOFICO E SCIENTIFICO

6. 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.” IL SECOLO DEI LUMI L’Enciclopedia 1751-1780 • Beccaria • Voltaire

7. 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

8. 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..

9. 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  

10. 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.

11. 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

12. 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

13. 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.

14. 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 .

15. 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

16. Riemann Klein Helmoltz Poincarè

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

18. Maxwell Lorentz Minkowski Einstein

19. 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)

20. 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

21. LE ONDE ELETTROMAGNETICHE

22. 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

23. 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

24. 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.

25. 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

26. 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 ? 

27. 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.   

28. 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!

29. 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

30. 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!

31. 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!

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

33. Esito negativo!

34. L’esperienza prova che

35. 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

36. 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…..>>

37. 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