Il Tao della fisica by Fritjof Capra

autore:Fritjof Capra [Capra, Fritjof]
La lingua: ita
Format: epub
editore: Adelphi
pubblicato: 2018-02-27T05:00:00+00:00

Poiché spazio e tempo sono ora ridotti al ruolo soggettivo di elementi del linguaggio usato da un particolare osservatore per descrivere i fenomeni naturali dal suo punto di vista, ciascun osservatore descriverà quei fenomeni in modo diverso. Per astrarre alcune leggi naturali universali dalle loro descrizioni, gli osservatori devono formulare queste leggi in modo tale che esse abbiano la stessa forma in tutti i sistemi di coordinate, cioè per tutti gli osservatori, qualunque sia la loro posizione e il loro moto relativo. Questa condizione è nota come principio di relatività ed è stata, in effetti, il punto di partenza della teoria omonima. È interessante notare come questa teoria fosse già contenuta in forma embrionale in un paradosso che si presentò ad Einstein all’età di soli sedici anni. Egli provò a immaginare come sarebbe apparso un fascio di luce a un osservatore che viaggiasse insieme con esso alla stessa velocità, e concluse che tale osservatore avrebbe visto il fascio di luce come un campo elettromagnetico che oscillava su e giù senza propagarsi, cioè senza formare un’onda. Tuttavia, in fisica non si conosce un tale campo elettromagnetico. Il giovane Einstein pensò allora che, se era così, la stessa cosa che a un osservatore appariva come un ben noto fenomeno elettromagnetico, cioè un’onda luminosa, a un altro osservatore sarebbe apparsa come un fenomeno che contraddiceva le leggi della fisica, e questo non gli sembrò possibile. Negli anni successivi, Einstein capì che il principio di relatività può essere soddisfatto, nella descrizione dei fenomeni elettromagnetici, solo se tutte le specificazioni, non solo spaziali ma anche temporali, sono relative. Le leggi della meccanica, che governano i fenomeni associati ai corpi in movimento, e le leggi dell’elettrodinamica, la teoria dell’elettricità e del magnetismo, possono allora essere formulate in uno schema «relativistico» comune che insieme con le tre coordinate spaziali, incorpori il tempo come quarta coordinata che deve essere specificata rispetto all’osservatore.

Per verificare se il principio di relatività è soddisfatto, cioè se le equazioni di una certa teoria appaiono le stesse in tutti i sistemi di coordinate, si deve naturalmente essere in grado di tradurre le specificazioni spazio-temporali da un sistema di coordinate, o «sistema di riferimento», all’altro. Tali traduzioni, o «trasformazioni», come vengono chiamate, erano già ben note e ampiamente usate nella fisica classica. Per esempio, la trasformazione tra i due sistemi di riferimento rappresentati nel capitolo 12 esprime ciascuna delle due coordinate dell’osservatore A (una orizzontale e l’altra verticale, indicate nel disegno dalle linee orientate che si intersecano) come combinazione delle coordinate dell’osservatore B, e viceversa. Le espressioni esatte possono essere ricavate facilmente con l’aiuto della geometria elementare.

Nella fisica relativistica, si presenta una situazione nuova, perché alle tre coordinate spaziali si aggiunge il tempo come quarta dimensione. Poiché le trasformazioni tra differenti sistemi di riferimento esprimono ciascuna coordinata di un sistema come combinazione delle coordinate dell’altro, in generale una coordinata spaziale in un sistema apparirà, in un altro sistema, come combinazione sia delle coordinate spaziali sia di quella temporale. Siamo in presenza di una situazione completamente nuova.

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