LA CRISI DELLA FISICA LA CRISI DELLA FISICA CLASSICACLASSICA

LICEO SCIENTIFICO “CAVOUR”LICEO SCIENTIFICO “CAVOUR”

CLASSE 4^DCLASSE 4^D

Prof.ssa Adriana LanzaProf.ssa Adriana Lanza

IL SETTECENTO Un secolo rivoluzionario

Prima rivoluzine industriale

•La Rivoluzione francese 1789La Rivoluzione francese 1789

•La prima rivoluzione industrialeLa prima rivoluzione industriale

•La Rivoluzione americanaLa Rivoluzione americana

•Dichiarazione di indipendenza 1776Dichiarazione di indipendenza 1776

•La seconda Rivoluzione industrialeLa seconda Rivoluzione industriale

•Il Congresso di Vienna 1815Il Congresso di Vienna 1815

•L’ Impero napoleonicoL’ Impero napoleonico

•Il Risorgimento italianoIl Risorgimento italiano

L’OttocentoUn secolo di veloci cambiamenti

MUTAMENTI DEL MUTAMENTI DEL PENSIEROPENSIERO

FILOSOFICO E SCIENTIFICOFILOSOFICO E SCIENTIFICO

IL SECOLO DEI IL SECOLO DEI LUMILUMINel Settecento si sviluppò un movimento di Nel Settecento si sviluppò un movimento di

idee, fondato sul ragionamento, la idee, fondato sul ragionamento, la tolleranza, la libertà di giudiziotolleranza, la libertà di giudizio . . La mentalità razionale nata con la La mentalità razionale nata con la

rivoluzione scientifica ebbe riflessi rivoluzione scientifica ebbe riflessi importantissimi anche sugli studi relativi al importantissimi anche sugli studi relativi al comportamento dell’uomo e alle sue idee.comportamento dell’uomo e alle sue idee.

Il movimento culturale che ne segui fu Il movimento culturale che ne segui fu detto Illuminismo perché ispirato dai “lumi detto Illuminismo perché ispirato dai “lumi

della ragione.”della ragione.”

L’Enciclopedia 1751-1780

• VoltaireVoltaire• BeccariaBeccaria

• Alla fine del secolo Alla fine del secolo Kant cerca di dare Kant cerca di dare una sistemazione una sistemazione unitaria al pensiero unitaria al pensiero filosofico e filosofico e scientifico, scientifico, basandolo su due basandolo su due pilastri:pilastri:

• La geometria La geometria euclidea e la fisica euclidea e la fisica newtoniananewtoniana

•KantKant

• In particolare, nella sua Critica della Ragion pura , In particolare, nella sua Critica della Ragion pura , cerca di dare una soluzione critica dei problemi cerca di dare una soluzione critica dei problemi metafisici e gnoseologici e fonda su Spazio e metafisici e gnoseologici e fonda su Spazio e Tempo la sua teoria della conoscenza. Spazio e Tempo la sua teoria della conoscenza. Spazio e tempo non sono concetti empirici, ma due tempo non sono concetti empirici, ma due intuizioni , forme <<intuizioni , forme <<a prioria priori>> della conoscenza >> della conoscenza sensibile , quindi universali.sensibile , quindi universali.

• Essi permettono ,tra l’altro,di costruire i giudizi Essi permettono ,tra l’altro,di costruire i giudizi matematici che sono <<matematici che sono <<sintetici a priorisintetici a priori>> >>

• <<Sintetici >> perché ci fanno conoscere qualcosa <<Sintetici >> perché ci fanno conoscere qualcosa sulla realtà, <<a priori>> in quanto indipendenti sulla realtà, <<a priori>> in quanto indipendenti dall’esperienza e universalmente validi.. dall’esperienza e universalmente validi..

• La fine del ‘700 e l’inizio dell’800 La fine del ‘700 e l’inizio dell’800 rappresentano uno dei periodi più rappresentano uno dei periodi più turbolenti della storia europea.turbolenti della storia europea.

• Dopo la caduta di Napoleone si crea Dopo la caduta di Napoleone si crea un clima di sfiducia nelle idee un clima di sfiducia nelle idee illuministe  illuministe  

• L’inizio del secolo L’inizio del secolo vede, in ambito vede, in ambito filosofico, una svolta filosofico, una svolta idealista , mentre idealista , mentre nella seconda metà si nella seconda metà si afferma il positivismo, afferma il positivismo, caratterizzato da caratterizzato da un’estrema fiducia un’estrema fiducia nella scienza e nel suo nella scienza e nel suo metodometodo

Herbert Spencer, 1820-1903.

Schelling (1775-1854)

• In ambito scientifico si assiste ad una In ambito scientifico si assiste ad una precisa svolta rigorista, specialmente precisa svolta rigorista, specialmente in Matematica.in Matematica.

• Mentre nel Settecento veniva Mentre nel Settecento veniva privilegiato l’aspetto tecnico, nell’800 privilegiato l’aspetto tecnico, nell’800 si cerca una garanzia razionale si cerca una garanzia razionale nell’esatta definizione dei concetti-nell’esatta definizione dei concetti-base delle varie disciplinebase delle varie discipline

• In tutto l’arco del secolo assistiamo In tutto l’arco del secolo assistiamo quindi ad una crisi dei fondamenti , quindi ad una crisi dei fondamenti , sia in matematica che in fisica, crisi sia in matematica che in fisica, crisi che sfocerà nella rivoluzione che sfocerà nella rivoluzione epistemologica del XX secoloepistemologica del XX secolo

CRISI DEI FONDAMENTICRISI DEI FONDAMENTI

• MATEMATICA: La geometria euclidea con : La geometria euclidea con Kant aveva acquistato una garanzia di Kant aveva acquistato una garanzia di verità semantica per la sua corrispondenza verità semantica per la sua corrispondenza con la realtà. La nascita delle con la realtà. La nascita delle Geometrie Geometrie non euclideenon euclidee e, più avanti, la e, più avanti, la teoria delle teoria delle trasformazioni di Kleintrasformazioni di Klein, mettono in crisi , mettono in crisi questa concezione ed aprono uno dei questa concezione ed aprono uno dei dibattiti più affascinanti del pensiero dibattiti più affascinanti del pensiero filosofico scientifico , il problema del filosofico scientifico , il problema del rapporto tra Geometria e Fisica.rapporto tra Geometria e Fisica.

•FISICA :Nello stesso periodo si era :Nello stesso periodo si era affermata una nuova concezione affermata una nuova concezione del rapporto tra spazio e fenomeni del rapporto tra spazio e fenomeni fisici , grazie ai contributi di Faraday, fisici , grazie ai contributi di Faraday, Maxwell ed Hertz nello studio delle Maxwell ed Hertz nello studio delle proprietà del proprietà del campo campo elettromagneticoelettromagnetico . .

CRISI DEI FONDAMENTI DELLA CRISI DEI FONDAMENTI DELLA MATEMATICAMATEMATICA

RIFLESSIONI SULLA GEOMETRIALA GEOMETRIA EUCLIDEALE GEOMETRIE NON EUCLIDEEIL METODO ASSIOMATICO- GEOMET

RIA e VERITA’GEOMETRIA E FISICAGEOMETRIA E TRASFORMAZIONIGEOMETRIA E TRASFORMAZIONI

Riemann

Klein

Helmoltz

Poincarè

CRISI DELLA FISICA CLASSICACRISI DELLA FISICA CLASSICA

• IL CAMPO ELETTROMAGNETICOIL CAMPO ELETTROMAGNETICO

• LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E IL LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E IL PROBLEMA DELL’ETEREPROBLEMA DELL’ETERE

• LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E IL LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’PRINCIPIO DI RELATIVITA’

Lorentz

Minkowski

Einstein

Maxwell

IL CAMPO ELETTROMAGNETICOIL CAMPO ELETTROMAGNETICO

• I fenomeni I fenomeni elettromagnetici, elettromagnetici, come l’interazione come l’interazione corrente-magnete corrente-magnete scoperta da scoperta da Oersted, apparvero Oersted, apparvero inizialmente in inizialmente in contrasto col contrasto col paradigma paradigma newtonianonewtoniano

L’esperimento di Oersted(1820)

• Il concetto di Il concetto di campocampo , , inizialmente introdotto inizialmente introdotto per agevolare la per agevolare la comprensione dei comprensione dei fenomeni elettrici e fenomeni elettrici e magnetici secondo un magnetici secondo un modello meccanico, a modello meccanico, a poco a poco acquistò poco a poco acquistò connotazioni connotazioni nettamente distinte nettamente distinte dagli schemi dagli schemi meccanicisticimeccanicistici

•     

• Alla fine XIX secolo sembrava che la fisica avesse Alla fine XIX secolo sembrava che la fisica avesse trovato un assetto teorico completo, su cui si trovato un assetto teorico completo, su cui si fondava l’enorme progresso tecnologico in vari fondava l’enorme progresso tecnologico in vari campi (industria, trasporti etc.etc.).campi (industria, trasporti etc.etc.).

• La fiducia nei risultati della scienza però La fiducia nei risultati della scienza però aumentò l’esigenza di rendere più solide le basi aumentò l’esigenza di rendere più solide le basi concettuali, proprio nei rapporti tra i due pilastri, concettuali, proprio nei rapporti tra i due pilastri, la Meccanica di Newton e l’Elettromagnetismo di la Meccanica di Newton e l’Elettromagnetismo di Maxwell Maxwell

• La scoperta delle onde La scoperta delle onde elettromagnetiche, elettromagnetiche, capaci di propagarsi capaci di propagarsi anche in assenza di un anche in assenza di un mezzo elastico, aprì mezzo elastico, aprì un’altra problematica : un’altra problematica : ammettere l’esiste un ammettere l’esiste un mezzo sconosciuto, mezzo sconosciuto, l’etere, che trasporta le l’etere, che trasporta le onde elettromagnetiche onde elettromagnetiche o attribuire allo spazio o attribuire allo spazio la capacità di assumere la capacità di assumere stati diversi , stati diversi , partecipando partecipando direttamente agli eventi direttamente agli eventi fisicifisici. .

Esperimenti di Hertz

sulle onde elettromagnetiche

• La costruzione di un modello La costruzione di un modello meccanico dell’etere e la ricerca meccanico dell’etere e la ricerca di prove sperimentali della sua di prove sperimentali della sua esistenza, impegnarono per esistenza, impegnarono per molti anni , ma senza risultati, la molti anni , ma senza risultati, la ricerca scientifica.ricerca scientifica.

• Entrambi i problemi, Entrambi i problemi, geometrizzazione dello spazio e geometrizzazione dello spazio e rapporto tra meccanica ed rapporto tra meccanica ed elettromagnetismo, furono al elettromagnetismo, furono al centro dell’elaborazione della centro dell’elaborazione della teoria della Relatività e teoria della Relatività e portarono ad una concezione dello portarono ad una concezione dello spazio completamente nuova , il spazio completamente nuova , il continuo spazio-temporalecontinuo spazio-temporale

• Inoltre le equazioni di Inoltre le equazioni di Maxwell portano alla Maxwell portano alla conclusione le onde conclusione le onde elettromagnetiche , e in elettromagnetiche , e in particolare la luce, si particolare la luce, si propagano con propagano con  una velocità c , molto  una velocità c , molto vicina al valore misurato vicina al valore misurato per i segnali luminosi (circa per i segnali luminosi (circa 3. 10 3. 10 88 m/s) m/s)

• .Ma rispetto a quale .Ma rispetto a quale sistema di riferimento esso sistema di riferimento esso si propaga   con tale si propaga   con tale velocità ? velocità ? 

• Se esiste l’etere, la risposta non può Se esiste l’etere, la risposta non può che essere : l’etere è  il sistema di che essere : l’etere è  il sistema di riferimento inerziale assoluto, riferimento inerziale assoluto, privilegiato, rispetto al quale le onde privilegiato, rispetto al quale le onde elettromagnetiche si propagano con elettromagnetiche si propagano con velocità c.   velocità c.   

•              In accordo con le trasformazioni galileiane, in ogni altro riferimento inerziale , in moto con velocità v rispetto all’etere, la velocità 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 adella luce dovrebbe risultare uguale a

• c + v ovvero c-v.c + v ovvero c-v.

• IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’ NON E’ VALIDO IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’ NON E’ VALIDO PER I FENOMENI ELETTROMAGNETICI!PER I FENOMENI ELETTROMAGNETICI!

PERTANTO:PERTANTO:

• E’ lecito ipotizzare che :E’ lecito ipotizzare che :

• È possibile ,mediante un esperimento È possibile ,mediante un esperimento di elettromagnetismo , effettuato di elettromagnetismo , effettuato all’interno di un riferimento inerziale, all’interno di un riferimento inerziale, stabilire se il riferimento stesso è stabilire se il riferimento stesso è fermo o si muove di moto rettilineo fermo o si muove di moto rettilineo uniformeuniforme

• Furono fatti diversi esperimenti molto accurati Furono fatti diversi esperimenti molto accurati per verificare questa previsione (fra tutti per verificare questa previsione (fra tutti menzioniamo quello di Michelson e Morley del menzioniamo quello di Michelson e Morley del 1881) ma tutti con 1881) ma tutti con esito negativoesito negativo..

• La velocità della luce non è La velocità della luce non è influenzata dal moto della terra!influenzata dal moto della terra!

• Non è possibile Non è possibile mediante esperimenti di mediante esperimenti di elettromagnetismo , effettuati all’interno di elettromagnetismo , effettuati all’interno di un riferimento inerziale, stabilire se il un riferimento inerziale, stabilire se il riferimento stesso è fermo o si muove di riferimento stesso è fermo o si muove di moto rettilineo uniformemoto rettilineo uniforme

• SI DEVE ESTENDERE IL PRINCIPIO DI SI DEVE ESTENDERE IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’ A TUTTI I FENOMENI FISICI!RELATIVITA’ A TUTTI I FENOMENI FISICI!

QUINDI:QUINDI:

Se per i fenomeni elettromagneticiSe per i fenomeni elettromagnetici

si nega il Principio di relativitàsi nega il Principio di relatività

• Si è costretti ad estendere il Si è costretti ad estendere il Principio di relatività !Principio di relatività !

La velocità della luce

dipende dal riferimento

Verifica sperimentale

Si estende il principio di

relatività

Esito negativo!

Si estende il principio di

relatività

La velocità della luce

dipende dal riferimento

la velocità della luce è invariante

L’esperienza prova che

RiassumendoRiassumendo

• La velocità della luce è la stessa in La velocità della luce è la stessa in tutti i riferimenti inerzialitutti i riferimenti inerziali

• Si deve estendere Si deve estendere all’elettromagnetismo il principio di all’elettromagnetismo il principio di relativitàrelatività

• Ma il principio di relatività comporta Ma il principio di relatività comporta che, in accordo con le trasformazioni che, in accordo con le trasformazioni galileiane, la velocità della luce galileiane, la velocità della luce dipende dal sistema del riferimentodipende dal sistema del riferimento

DA “ L’EVOLUZIONE DELLA DA “ L’EVOLUZIONE DELLA FISICA “ FISICA “ Di Einstein-Infeld:Di Einstein-Infeld:• <<…<<…Tutti i tentativi volti a spiegare i Tutti i tentativi volti a spiegare i

fenomeni elettromagnetici nei riferimenti fenomeni elettromagnetici nei riferimenti in moto, sia ricorrendo al moto dell'etere , in moto, sia ricorrendo al moto dell'etere , sia ricorrendo al moto attraverso l’etere , sia ricorrendo al moto attraverso l’etere , sia postulando questi due moti insieme, sia postulando questi due moti insieme, si sono palesati inutili.si sono palesati inutili.

Si creò così una delle più drammatiche Si creò così una delle più drammatiche situazioni che la storia della scienza situazioni che la storia della scienza ricordi…..>>ricordi…..>>

Einstein, al pari di Galileo di Einstein, al pari di Galileo di fronte ai paradossi relativi fronte ai paradossi relativi all’ipotesi del moto della all’ipotesi del moto della terra, indica la giusta via da terra, indica la giusta via da seguire : una redifinizione dei seguire : una redifinizione dei concetti base della concetti base della Meccanica classicaMeccanica classica