COPERNICO

(1473-1543)

KEPLERO

(1571-1630)NEWTON

(1643-1727)

EINSTEIN

(1879-1955)

ONDE GRAVITAZIONALI

Copernico, innovatore o conservatore?

•Terra al centro dell’universo•Sfrutta epicicli, deferente, equante•È coerente con la concezione del moto nel sistema aristotelico•Il sistema nel suo complesso lascia alcuni problemi irrisolti

•Elaborato nei testi De commentariolus[1514] e De revoluzionibus[1543]•Sole al centro dell’universo•Introduce la rotazione terrestre•È costretto ad utilizzare ancora deferente ed epiciclo•Non è chiaro il modo in cui l’abbia elaborato

• Utilizzato da Keplero come modello• Galileo conferma la rotazione terrestre• Considerato da molti solo come una novità

• Conosciuto grazie al Dialogo sopra i due massimi sistemi

• Brahe riesce a fornire un’alternativa meno rivoluzionaria

KEPLERO (1571-1630)

Opere

Misterium

Cosmographicum

(1597)

Astronomia

Nova (1609)Harmonice

Mundi

(1618)

Mysterium Cosmographicum 1597

• Afferma la superiorità del sistema copernicano;• Cerca di rispondere a queste tre domande:1. Perchè i pianeti sono in quel dato numero?2. Perchè sono disposti a quella precisa distanza dal

sole?3. Perchè hanno quelle velocità?• Sostiene quindi la necessità di passare da

un’astronomia di posizione (misurazioni) ad astrofisica (ricerca cause per prevedere eventi)

Sostiene che esistono relazioni tra sistema solare e solidi platonici (neoplatonismo).

Chiaro esempio di relazione tra

Descrizione di eventi fisici

Matematica e geometria

Concezioni filosofiche generali

Astronomia Nova - 1609• Collabora con Tycho Brahe - studia l’orbita di Marte

scoprendo che è ellittica• Dimostra che il moto della terra non è né circolare né

uniforme• Sostiene che il Sole (rappresentazione fisica di Dio)

muovendosi intorno al proprio asse è causa fisica del movimento

• Sottolinea che per studiare i pianeti bisogna prima aumentare la precisione sulla conoscenza dell’orbita terrestre perché è dalla terra che si prendono le misurazioni

• Formula le prime due leggi• Accenni sulla gravità

La gravità per Keplero

•“È un’affezione tra due corpi affini per cui la terra attrae una pietra e la stessa attrae un poco la terra. La gravità dipende quindi dalle moli (dimensione) dei corpi.Inoltre se la terra non fosse rotonda i corpi non sarebbero attratti al centro ma lungo direzioni variabili da luogo a luogo.”(Keplero Astronomia Nova)

•Questa sua concezione della gravità riprende le teorie aristoteliche dei corpi affini tuttavia introduce l’innovativa visione di una misteriosa forzache attrae i due corpi in questione.

Harmonice Mundi - 1618• Testamento intellettuale e spirituale di Keplero

costituito da 9 libri (divisi in un gruppo di 5 e uno di 4)

• Sostiene che le armonie influenzerebbero lo spirito umano, dando credito all’ astrologia

• Studia le proprietà delle figure regolari solide e piane, le diverse proporzioni armoniche e la natura del canto

• Nel libro 5° dell’opera descrive una visione armoniosadel mondo esaltando il Creatore

• Dal libro 6° al 9° espone in modo sistematico la sua teoria sulla musica delle sfere celesti

• Deduce la terza legge ma non dà ad essa molta importanza

Newton(1643-1727):è possibile un’interpretazione religiosa dei suoi studi? (B. J. T. Dobbs – 2002)

• Studi volti alla ricerca del Vero• Ricerca di una causa che potesse spiegare alcuni fenomeni che

non avevano ancora un perché come la gravità .• Identico metodo di conoscere applicato in ogni campo della

realtà

PHILOSOPHIAE NATURALIS PRINCIPIA MATHEMATICA

• Pubblicazioni: 1686 – 1713 - 1726• Composto da tre parti ;

è la più estesa opera scientifica• All’inizio vengono esposti

postulati e assiomi• Primo libro: trattato di meccanica• Secondo libro: movimento,

resistenza, idrostatica• Terzo libro: descrive il Sistema del Mondo:

divisione della materia, fenomeniastronomici, moto pianeti e satellitiLEGGE DI GRAVITAZIONE Contenuto già presente nel De Motu Corporum �”Il Sistema del Mondo - 1728”

Isaac Newton:evoluzione del suo concetto di

Gravità(dedotto da analisi testi manoscritti in particolare di alchimia) tre fasi del pensiero di Newton:prima dei Principiai Principiadopo i Principia

3)dopo i Principia• Ricerche negli studi del passato (alchimia antica,filosofia).• Torna il concetto di etere (diverso dall’etere cartesiano: estremamente

elastico ed attivo, sostanza intermedia tra incorporeità di Dio e piena corporeità del corpo)

SINTESI COSMOLOGICA CONCEPITA PER CELEBRARE LA GLORIA DI DIO

1)prima dei Principia (fino anni ’80 circa)Adesione alla filosofia meccanicistica: gravità come impeti meccanici di particelle di etere vicino al pensiero di Cartesio

2)il periodo dei Principia (fino a primo decennio 1700)Gravità: da principio meccanico ad attivo. Abbandono teoria dell’etere. Forza che agisce a distanza (presente già in astronomia e magia) Ispirato al “principio attivo” alchemico?

Isaac Newton:esempio di rapporto tra diverse rappresentazioni

della natura: la magia e l’astrologia e la scienza moderna (come verrà definita successivamente)

Attrazione a distanza

1)Presente nella magia e nell’astronomia

2)Esclusa dalla concezione scientifica meccanicistica

di Cartesio

(mondo pieno → azione solo per contatto diretto)

3)Recuperata nella concezione fisica di newton (la

gravità agisce a distanza)

Intersecazione della filosofia con la scienza

IL MODO CON CUI STUDIAMO IL

FUNZIONAMENTO DELLA

CONOSCENZA SCIENTIFICA E’ UN

MODELLO DELLA CONOSCENZA.

(QUINDI CI POSSONO ESSERE

MODELLI DIVERSI).

La Religione e

la Teologia si

intersecano

con a Filosofia

La Fede

Conoscenza

non teologica

della religione

si interseca con

la conoscenza e

la religione.

Caratteri di Dioperfetto, immutabile, costante, onnisciente

Caratteri del creato (la natura)

Caratteri della conoscenza della natura (la scienza)

La Royal Society ha reso pubblico uno degli scritti del suo archivio in cui William Stukeley, scrittore contemporaneo di Newton, racconta del particolare aneddoto: “Memoirs of Sir Isaac Newton's Life”, 1572

La mela di Newton:La mela di Newton:una leggenda reale?una leggenda reale?

EVOLUZIONE DEI CONCETTI DI SPAZIO E TEMPO

- Aristotele : non esiste il vuoto;

-Cartesio : non esiste il vuoto;lo spazio

si identifica con l’estensione (res extensa)

- Newton: concetti di spazio e tempo assoluti (immobili,

indipendenti dai corpi, esistono senza materia)

- Kant: spazio e tempo assoluti come forme

pure dell’intuizione sensibile, condizioni

trascendentali per ogni esperienza possibile

TEORIA GRAVITAZIONE NEWTON

Presenta incongruenze già all’epoca

DIFFICOLTÀ CONCETTUALI:

- Azione a distanza

- Azione istantanea

- Non conosce barriere

DIFFICOLTÀ SPERIMENTALI:

- Anomalie orbita Mercurio

- Anomalie orbita Luna

Non si spiegavano:- Perché: m gravitazionale = m inerziale- Perché: S.R. privilegiati = S.R. inerziali

EINSTEIN E LA GRAVITAZIONELo spazio…il tempo…la GRAVITÀ?

RELATIVITÀ SPECIALE ( Einstein, 1905)

- Rivoluzionati i concetti di TEMPO e SPAZIO ASSOLUTI

- Le grandezze ∆l, ∆t non sono più invarianti : dipendono dal S.R. � spazio-tempo quadridimensionale

-m dipende dalla velocità del corpo

-Concetto di CAMPO (funzione delle coordinate di spazio e tempo) sostituisce quello di punto materiale

Anche alla luce dei nuovi concetticome interpretare F = G m1m2 / R2 ?

Principio di relatività generale

“Le leggi della fisica hanno la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento”

Giustificazione della corrispondenza tra massa inerziale e massagravitazionale

LA RELATIVITA’ GENERALE

Einstein (1915)

Il tipo di spazio è fissato dai potenziali gik = funzioni del punto nello spazio-tempo che soddisfano equazioni differenziali (equazioni di campo)

Se gik=0 => ds2=0 => non esistono più né spazio né tempo

SPAZIO,MASSA,GRAVITA’Distanza fra due punti come invariante nei sistemi di riferimento

e descritta dall’espressione:

Fine della visione Newtoniana• Le particelle pesanti modificano la struttura geometrica dello spazio-tempo circostante (variano le equazioni di campo nei singoli punti)

• Non esiste spazio vuoto di campo (la struttura dello spazio-tempo èmodificata dalla presenza di masse)

Fine della visione Newtoniana

• Aspetti in contrasto con l’esperienza immediata e con il senso comune riguardo aspazio e tempo

• Mantenimento di aspetti assoluti (es. eventi causalmente connessi)e di leggi generali (“Dio non gioca a dadi”)

• Necessità di controlli sperimentali

VERIFICHE SPERIMENTALI DELLA RELATIVITA’ GENERALE

Precessione del perieliodi Mercurio Deflessione dei

raggi luminosi

Spostamento dellerighe spettrali

Rallentamento del ritmo degli orologi

ONDE GRAVITAZIONALI

Le ONDE GRAVITAZIONALI:• Perturbazioni del campo

gravitazionale• Si propagano alla velocità della luce

La ricerca sperimentale di queste onde sfrutta di due tipi di strumenti:

• le antenne gravitazionali ( Nautilus )•gli interferometri laser ( Virgo, Lisa )

PRINCIPALI SORGENTI DELLE ONDE GRAVITAZIONALI

Stella ruotante

Stella doppiaRadiazione da collasso gravitazionale

Emissione di neutrini

Caduta di un corpo in un buco nero

Nonostante le moderne tecnologie, la rivelazione di queste onde risulta ancora difficilissima

ESPERIMENTI IN CORSOINTERFEROMETRO VIRGO :

realizzato a Cascina (Pisa) nel 2003

NAUTILUS : istallato nei Laboratori Nazionali di Frascati dal 1992.

La stazione LISA : acronimo di LaserInterferometer Space Antenna, prevista per il 2018-2020

ESPERIMENTI IN CORSO SUL CAMPO GRAVITAZIONALE

GOCE

Gravity fieldand steady-state Ocean Circulation

Explorer

ESPERIMENTI IN CORSOEsperimenti di studio e di presentazione della classe IV SB del liceo Paolo Giovio di Como

BIBLIOGRAFIA• “Koppernigk Niklas (Copernico Nicola): un rivoluzionario prudente” di W. Shea LE SCIENZE –monogr. N. 20

/apr.2001• “Kepler Johannes(Keplero): semplici leggi per l’armonia dell’universo” di A.M.Lombardi- LE SCIENZE-

monogr. N.13/febbr.2000• “Newton Isaac:un filosofo della natura e i sistema del mondo” di N. Guicciardini LE SCIENZE monogr.N. 2

/apr.1998• “La rivoluzione astronomica” – A. Koyrè – Feltrinelli 1966• “Newton, filosofo per mezzo del fuoco”- B.J.T.Dobbs- Le Meridiane 2002• “Fisica” – A. Caforio, A.ferilli- vol 3- Le Monnier 2005• “L’evoluzione della fisica”- G.P.Parodi M.Ostli G.Mochi Onori – vol 2- Paravia 2006• “Relatività:esposizione divulgativa“- A. Einstein – Universale Bollati Boringhieri- 1999• “Spazio, tempo e gravitazione”- A .S. Eddington - Universale Bollati Boringhieri- 1999• “Spazio, tempo e relatività” a cura di Fernando De Felice –LE SCIENZE quaderni n. 97 – marzo 2000• “Le onde gravitazionali” – aa.vv. .- ASIMMETRIE rivista dell’ INFN- n.5 sett.2007