IL CONTRIBUTO DI GALILEO

V = eccetera

Da aggiungere

Galileo tuttavia aveva intuito l'importanza della velocità della luce e probabilmente riteneva che avesse una velocità finita,ma non riuscì a dimostrarlo,infatti solo nel 1675 il fisico danese Roemer vi riuscì attraverso lo studio dei tempi di rivoluzione dei satelliti di Giove

IL CONTRIBUTO DI NEWTON

Partendo dalle osservazioni di Copernico e di Keplero,pochi anni dopo Galileo un altro scienziato, Newton, cominciò ad interessarsi ai problemi della meccanica.Basandosi sui tre principi base della meccanica,i primi due gia proposti da Galileo più il terzo che afferma che ad ogni azione corrisponde un'azione uguale e contraria,e sul concetto di massa che egli distingueva da quello di peso,definendola come la quantità di materia contenuta in un corpo,introduce il concetto di inerzia definito come la tendenza di ogni corpo a opporsi alle variazioni dello stato di moto,perciò risulta che la massa di un corpo è uguale al rapporto fra la forza e la sua accelerazione.una volta definiti questi concetti base egli giunge a dimostrare che le orbite dei pianeti sono ellittiche a causa di una forza situata in uno dei due fuochi la quale fa si che si abbia una variazione della quantità di moto punto per punto nell'orbita,e la cui intensità dipende dalla distanza.infine dall'analisi dei sistemi inerziali Newton per spiegare il  fatto che la legge di inerzia non vale in tutti i sistemi di riferimento,ma, se il principio vale in un sistema di riferimento S varrà anche e solo in sistemi S',S''in moto rettilineo uniforme rispetto ad S postula, invece che un equivalenza dei sistemi inerziali,una gerarchia alla cui sommità troviamo un sistema di riferimento assoluto con spazio e tempo fissi e immutabili.

L'ESISTENZA DELL'ETERE

Gia all'epoca di Newton cominciava a farsi strada il problema della natura della luce.Da una parte i sostenitori della natura corpuscolare fra cui Newton e dall'altra i sostenitori della natura ondulatoria fra cui Huygens.Verso i primi dell'ottocento grazie allo studio dei fenomeni di interferenza cominciò a prevalere il modello ondulatorio.Ciò però comportava che,essendo un'onda,come il suono,la luce dovesse propagarsi attraverso un mezzo elastico come l'aria,e poiché essa giunge a noi attraverso gli spazi interstellari questa sostanza doveva permeare tutto lo spazio,nacque così l'ETERE. Gli scienziati supponevano inoltre che questo mezzo fosse in quiete assoluta in accordo con l'idea di spazio assoluto di Newton e la prova di questa teoria sarebbe stata quella di riuscire a porre in evidenza il moto della terra nell'etere,cioè misurarne la velocità. A tal proposito due erano le possibilità:o la terra nel suo moto si trascina parte dell'etere o lo lascia indisturbato.Per anni si tentò di dirimere la questione attraverso esperimenti sulla rifrazione,e dopo la pubblicazione dell'opera di Maxwell che teorizzò l'esistenza delle onde elettromagnetiche alla fine degli anni 70 la situazione era la seguente:con la prima ipotesi,quella dell'attraversamento indisturbato era la più accreditata,ma nessun esperimento finora non aveva dato esiti positivi.La seconda ipotesi,quella del trascinamento poteva spiegare il motivo dell'insuccesso sperimentale,ma portava a delle contraddizioni rispetto alla natura chimica e fisica dell'etere che risultava essere scarsissimamente interagente,ma con comportamento fisico del tutto simile a corpi rigidi.Verso la fine degli anni 80 la fisica riprese a progredire quando Maxwell si accorse che in effetti la luce,durante il movimento della terra nello spazio,non risentiva del vento d'etere come prevedeva la teoria e manteneva una velocità pressoché costante.Da ciò dedusse che era dunque impossibile preparare un esperimento in grado di rilevare questa variazione di velocità ,che egli riteneva troppo piccola .Nel 81 invece Michelson riuscì a costruire tale esperimento con una strumento in grado di misurare il tempo impiegato della luce a percorrere un tratto nella direzione del moto della terra nell'etere e quello impiegato in un tratto equivalente perpendicolare al moto terrestre.Un fascio di luce viene scisso in due raggi separati che percorrono i due tratti sopra citati e in seguito ricomposti in modo da poter osservare delle frange di interferenza .L'esperimento non produsse nessuno sfasamento delle frange come era invece stato teorizzato e perciò crollò l'ipotesi di un etere a riposo. Lorenz però accusò Michelson di aver trascurato i possibili effetti del vento d'etere sul raggio perpendicolare e ipotizzò che in realtà il valore della sua  velocità fosse molto basso .Così l'esperimento perfezionato ai limiti della tecnologia disponibile fu ripetuto e diede nuovamente esito negativo.Con questo buco nelle teorie alcuni scienziati si resero ben presto conto che occorreva procedere ad una revisione dei concetti fondamentali della meccanica per poter uscire dal vicolo cieco in cui si era bloccati.

Lorenz allora cercò di spiegare i motivi del fallimento nell'esperimento di Michelson e elaborò una teoria secondo la quale i corpi in moto rispetto all'etere subiscono una contrazione nella direzione del moto per un fattore di (radice di uno meno vu quadro fratto ci quadro) come l'esperimento dimostra poiché non c'è spostamento di frange.Inoltre introdusse il concetto di tempo locale,infatti dall'esperimento sembra che la luce non si componga in moto col vento d'etere perciò le regole di trasformazione galileiane sono da modificare e anche le coordinate spaziali necessitano di una modifica(egli comunque ritiene che il tempo scorra uniforme e che le nuove formule siano solo espedienti matematici per semplificare i calcoli). Anche Poincarè stava lavorando ad una teoria per spiegare gli insuccessi sperimentali e come punto di partenza utilizzava le equazioni di Lorenz.Arriva così a dimostrare che una radiazione con energia E ha una massa data dal rapporto fra E/c² ,ma rifiuta di credere che questa relazione abbia un significato fisico reale 

LA RELATIVITA' RISTRETTA  

Einstein in questa teoria propone due postulati fondamentali,il primo afferma che la relatività va estesa a tutti i fenomeni fisici che si esprime nell'equivalenza di tutti i sistemi di riferimento inerziali. L'etere dunque scompare.Il secondo invece esprime la costanza della velocità della luce nel vuoto per tutti gli osservatori inerziali,e indipendentemente dallo stato di moto della sorgente.Apparentemente i due postulati sono inconciliabili,ma se noi ammettiamo che tutti i sistemi inerziali siano equivalenti,bisogna ammettere che la velocità della luce debba comporsi in moto con altre velocità e quindi misurandone la velocità si potrebbe stabilire quale sistema è in moto rispetto all'altro.Ciò però non avviene, bisogna quindi modificare le regole di trasformazione affinché sia possibile che la luce abbia valore costante. Così si può spiegare il perché dei fallimenti sperimentali essi infatti miravano ad evidenziare il moto della terra considerando la luce componibile con altre velocità.Per giungere a questi due postulati Einstein si ispirò alla termodinamica ,che in quel momento stava compiendo passi da gigante.La sua convinzione era infatti che la fisica per proseguire avesse bisogno di un principio formale universale che per la termodinamica era rappresentato dall'impossibilita di costruire una macchina a moto perpetuo.Nella ricerca di questo principio si imbattè in un paradosso:se si potesse inseguire un raggio di luce,esso apparirebbe come un campo elettromagnetico oscillante nello spazio,in quiete.Ma nulla dagli esperimenti o dalle equazioni di Maxwell sembra suggerire questa possibilità.Allora significa che nessun corpo può viaggiare a tale velocità che rappresenta un limite,perciò la luce non si potrà comporre con le altre velocità.Inoltre in quest'opera viene anche discusso il concetto di simultaneità.Egli sostiene infatti come un evento possa essere simultaneo o no in dipendenza dall'osservatore che può essere in moto o in quiete.Se si immaginano due orologi uno sulla punta e uno sulla coda di un razzo con un sensore posto esattamente a metà strada fra i due che colpito da un raggio di luce invii un segnale per sincronizzare gli orologi e che il razzo sia in moto,quando il sensore passando di fronte ad una sorgente viene colpito un osservatore sul razzo,quindi in quiete rispetto ad esso vedrà i due orologi sincronizzarsi contemporaneamente,mentre un osservatore a terra vedrà l'orologio in coda sincronizzarsi prima poiché va incontro all'impulso mentre quello in punta deve inseguire il segnale.Da ciò deriva una relatività della nozione di durata,seguita da una relatività della nozione di lunghezza dt = L=

Le formule sono riprese da quelle di Lorenz,ma per Einstein queste rappresentano una situazione reale non apparente poiché riscontrabile con strumenti .L'ulteriore passo fu quello di ricavare la massa come dipendente dalla velocità    m= Nel 1907 Einstein in un suo articolo riprendendo scritti precedenti affermò che in effetti se un corpo perde energia cedendola allora esso perderà anche parte della sua massa.Ciò era sperimentalmente molto difficile da dimostrare poiché la massa era data dal rapporto di E/c² che risulta essere un valore troppo piccolo da misurare in semplici reazioni chimiche.

LA RELATIVITA' GENERALE

Nel 1911 in un altro articolo espone il principio secondo il quale non è possibile attraverso un esperimento capire se un sistema di riferimento è in moto accelerato o è in moto rettilineo uniforme e gli effetti sul sistema sono provocati da un campo gravitazionale così da ampliare il discorso di relatività anche ai sistemi non inerziali.Perciò egli prevede che se un raggio di luce in un sistema di riferimento per effetto di una forza inerziale subisce una deviazione e il suo moto diviene parabolico,così se è valida l'equivalenza tra forze inerziali e gravitazionali,ciò deve avvenire anche in presenza di un campo gravitazionale,di conseguenza ci si deve aspettare che la luce subisca deviazioni in vicinanza di una grande massa che produca intensi effetti gravitazionali.Inoltre se una sorgente di luce si trova in movimento, per effetto doppler ,si osservano spostamenti nella frequenza ,allora lo stesso fenomeno dovrebbe manifestarsi in presenza di un campo gravitazionale.Da queste affermazioni discende che una massa è in grado di incurvare lo spazio-tempo tanto maggiormente quanto il suo campo gravitazionale è maggiore ,perciò non vale più la geometria euclidea(almeno localmente).La prova che questa teoria era valida,si ebbe nel 1919 quando venne rilevata la deviazione di un raggio luminoso del sole in seguito ad una eclissi solare e in seguito con la scoperta delle lenti gravitazionali

CONSEGUENZE ED EFFETTI DELLA RELATIVITA'

Le due relatività per la loro innovazione hanno sconvolto profondamente i fondamenti della fisica modificando radicalmente la concezione di spazio e tempo. D'ora in poi infatti non si potrà più parlare di spazio e tempo come due concetti separati e distinti,ma essi risultano profondamente legati poichè ogni misura spaziale può essere espressa in funzione del tempo.Le coordinate di qualsiasi punto nello spazio perdono qualunque significato metrico immediato divenendo parametri arbitrari.Non si potrà più parlare di simultaneità degli eventi perchè essa dipende dalla velocità del sistema di riferimento e dagli osservatori.La forza di gravità non sarà più vista come una forza,ma come una deformazione o una curvatura del tessuto spazio temporale prodotta dalla presenza di una grande massa.Infine le dimensioni e la massa di qualsiasi corpo variano in dipendenza della velocità,che ha come limite massimo quella della luce la quale è però irraggiungibile poiché comporterebbe un aumento infinito della massa e quindi dell'inerzia.Insomma siamo passati da un universo in cui tempo e spazio sono assoluti ,forme a priori come direbbe Kant ,a quello in cui essi possono essere deformati a tal punto da invalidare la geometria euclidea