Re: Campi e onde elettromagnetiche e gravitazionali

From: Elio Fabri <elio.fabri_at_fastwebnet.it>
Date: Thu, 19 Nov 2020 16:22:11 +0100

Imparante ha scritto:
> Grazie a chi saprà e vorrà rispondere.
Non è facile risponderti, in parte per la lunghezza, e non poco perché
quello che chiedi non è in sostanza che un riesame della storia delle
fisica degli ultimi tre secoli :-)

Cercherò di andare un po' a salti, discutendo qualcuna delle
affermazioni che fai.
Tu dici in sostanza che l'e.m. si è sviluppato molto più rapidamente
della gravitazione.
Il che è vero ma trascura una differenza essenziale: la gravitazione
di Newton è stata per lungo tempo una teoria che ha inanellato una
serie di successi (cercherò di farne appresso un velocissimo elenco).
Al contrario l'e.m. lungo tutto l'800 ha continuato a svilupparsi. a
modificarsi, in seguito a successive scoperte sperimentali, e lo
sviluppo è proseguito anche nel '900: le eq. di Maxwell hannno dovuto
essere capite, riformulate, se ne sono dovute trarre conseguenze...
Anche lo sviluppo del'e.m. ha prodotto grandi succesi, ma ha richeisto
un continuo lavoro di ricostruzione, di riformulazione dei concetti.

Questo mi pare abbastanza noto, mentre invece molto meno si sa sulla
gravitazione, essenzialmente per il motivo che in tutto l'insegnmento
della fisica l'astronomia è completamente trascurata - peggio, è
ignorata dagli stessi docenti.
Torniamo quindi a Newton (al suo tempo, a cavallo tra '600 e '700)
fino alla fine dell'800, per rivedere le conferme e i problemi della
gravitazione newtoniana.
Il primo cenno che faccio è la scoperta delle periodicità di alcune
comete.
In particolare: in base alle osservazioni dei secoli passati, Halley
scopre che una cometa si è ripresentata più volte, a intervalli di
circa 75 anni. Basandsi sulle leggi di Newton calcola il prossimo
ritorno, per il 1758.
La previsione non risultò esatta perché Halley non aveva potuto
calcolare con esattezza le perturbazione al moto della cometa dovuta a
Giove e Saturno: la cometa ritardò fino al 1759.
Sebbene Newton e Halley fossero ormai morti, il ritorno della cometa
ebbe un effetto enorme, dimostrando il potere predittivo della teoria
di Newton. In questo senso, la *prima* teoria della fisica.

Non molto dopo (1781) Herschel scopre - per caso- il primo nuovo
pianeta dopo quelli visibili a occhio nudo e conosciuti dall'antichità.
Sto parlando di Urano.
Fin qui la gravitazione non c'entra, ma nei primi anni dell'800 si
vede che il moto di Urano non concorda con le previsioni newtoniane.
Questione di pochi secondi d'arco, ma la precisione delle
osservazioni non lascia dubbi.
Si apre un periodo di crisi, nel quale viene anche messa in dubbio
l'esatta validità delle leggi di Newton.

Ma un'altra ipotesi si fa strada: che l'irregolarità di Urano sia
dovuta a un pianeta sconosciuto.
Parte la ricerca: un problema inverso di meccanica celeste.
Invece di calcolare la perturbazione dovuta a un pianeta noto, si
doveva ricavare massa e posizione di un pianeta ignoto ma capace di
produrre le perturbazioni osservate.
Nel 1846 LeVerrier finisce i suoi calcoli e segnala agli astronomi di
Potsdam dove cercare il pianeta.
Pochi giorni dopo riceve un telegramma:
"Il pianeta di cui ci avete segnalato la posizione esiste realmente."
Era Nettuno, e segnò un trionfo della teoria newtoniana.

Nel frattempo (1801) Piazzi ha scoperto il primo asteroide (Cerere).
Altri vengono scoperti a breve distanza di tempo.
Qui nasce un altro problema: un asteroide è visibile per poco tempo
(alcuni mesi) poi scompare, ma dovrebbe riapparire dopo pochi anni.
Come si fa a identificarlo?
Se si vede un asteroide, cone si fa a decidere se è nuovo, oppure è
uno già osservato?
C'è un solo modo: bisogna riuscire, dalle prime osservazioni, a
calcolare l'orbita dell'asteroide e il suo periodo, in modo da poterne
prevedere il ritorno.

Nell'impresa si cimenta il più grande matematico del tempo: Gauss, che
nel 1809 pubblica la "Theoria motus corporum coelestium in sectionibus
conicis solem ambientium", dove fornisce detttagliati metodi di
calcolo per ricavare l'orbita da tre o più osservazioni.
Incidentalmente, in quel libro si trova la prima menzione della
distribuzione "gaussiana" degli errori di misura, e viene sviluppato
il metodo dei minimi quadrati per ricavare i parametri di un modello
teorico dai dati di osservazione, tenendo conto degli errori.
Inutile dire che il metodo funziona e mette in grado gli astronomi di
riconoscere un asteroide già osservato.

La sempre maggiore precisione delle osservazioni astronomiche ha fatto
nascere quello che sarà denominato il "problema della Luna".
Già nei "Principia" Newton aveva provato a calcolare l'effetto
dell'azione solare sul moto della Luna attorno alla Terra, ma le
osservazioni avevano presto mostrato che i calcoli di Newton non
tornavano.
Tentativi di calcoli più sofisticati non erano riusciti a risolvere il
problema, tanto che di nuovo si erano avanzati dubbi sulla validità
dela legge di gravitazione.
Lungo tutto l'800 si ebbero progressi nel confronto fra teoria e
osservazioni, migliorando l'accuratezza dei calcoli.
Il problema non arrivò a conclusione fino al secolo scorso, mostrando
però che la teoria newtoniana era capace di dare previsioni
sufficientemente accurate, senza bisogno di correzioni.

Il solo problema non risolto nella meccanica del sistema solare era
quello di Mercurio.
Noto da metà dell'800, resistette a tutti i tentativi: non era
questione di precisione dei calcoli, né di altri pianeti sconosciuti.
La soluzione sarebbe arrivata solo nel 1915, con la RG.

A proposito di perturbazioni, hai scritto:
> La versione ad uso insegnanti e studenti presente nei libri di testo
> liceali vuole che il campo elettrico (E) sia introdotto
> concettualmente come quella grandezza fisica che permette di
> "misurare la perturbazione dello spazio" attorno ad una carica
> elettrica Q
Possiedo solo due libri, tra i più diffusi ma in edizioni piutosto
vecchie. In effetti ci sono frasi molto simili a quella che citi.
Lasciami quindi dire che l'espressione "perturbazione dello spazio"
non appartiene alla fisica. Né si sa che cosa voglia dire.
Bisognerebbe che gli autori dei testi per la sec. superiore avessero
ben chiaro in mente che la fisica (tutte le scienze, in realtà) ha un
linguaggio proprio, che *non è riducibile* al linguaggio comune.
Quelle presunte "traduzioni" in lingua comune di espressioni
scientifiche sono un vero e proprio tradimento, un inganno didattico.
Invece di avvicinare gli allievi al linguaggio appropriato, si fa
della cattiva divulgazione, usando espressioni totalmente inutili in
quanto inutilizzabili a qualsiasi scopo scientifico.

La parola "perturbazione" appartiene al linguaggio fisico, ma nel
giusto contesto, che non è quello.
Ho già scritto sopra di "perturbazione" di un pianeta su un altro.
Questo in meccanica celeste ha senso, e vuole semplicemente dire che
il campo gravitazionale del pianeta A si aggiunge a quello del Sole, e
quindi il pianeta B non si muove più come se A non ci fosse.

Inoltre, dato che le masse dei pianeti sono piccole rispetto a quella
del Sole (per carità, mai dare dei numeri! la massa di Giove è 1/1000
di quella del Sole, e le altre sono ancora minori) la perturbazine è
piccola rispetto alla forza principale, quindi si possono usare dei
procedimenti approssimati per calcolarne l'effetto.
Questa in mecc. celeste si chiama "teoria delle perturbazioni".

Alberto Rasà ha scritto:
> Nella RG (relatività generale) l'interazione gravitazionale non è
> esattamente dovuta ad un "campo": con questo termine si intende
> "campo di forze"
Questo non è esatto. E' stato vero in una prima fase, ma poi parlando
di "campo grav." o di "campo elettrico" si è passati a intendere un
concetto più astratto, in realtà comprensibile solo nella formulazione
matematica.
Se qualcuno mi chiede che cos'è il campo elettrico, io non so dare
altra risposta se non
"Un componente di una struttura teorica, l'elettrostatica oppure
l'e.m. maxwelliano. Il significato sta tutto nel modo come viene usato
in quella teoria e nelle connessioni che vengono stabilite con i fatti
sperimentali."
Niente perturbazioni né proprietà dello spazio...

Del resto il problema non è solo del termine "campo".
C'è qualcuno che sa dire che cos'è la massa, al di là della mia
risposta?
Certo, molti non si ritengono soddisfatti, e insistono a chiedere "il
vero significato", "che cosa significa 'fisicamente'"
Dovrebbe stare tra gli scopi primari dell'insegnmento scientifico il
liberare gli allievi da simili richieste.
E' una peculiarità del pensiero umano quella di riuscire a formulare
domande che non hanno risposta, alle quali *non ha senso* rispondere.
Invece esiste tutta una filosofia che pretende poprio questo: va in
cerca delle "vere" risposte, del vero" significato, della "vera"
essenza, e via cianciando.
E magari proprio per questo motivo pretende di degradare la scienza a
"non conoscenza", in quanto incapace di rispondere.
Ma non è che siamo incapaci: abbiamo invece imparato che i passi
avanti nella conoscenza si fanno solo se ci si libera delle false
domande.

> ma in RG la gravità non è dovuta a forze ma alla distorsione dello
> spaziotempo.
Questo è vero, nel senso che in RG il concetto di forza grav. proprio
non esiste.
> Inoltre con "perturbazione" in genere di intende "un'onda che si
> propaga" il che avviene molto raramente nel caso gravitazionale.
Questo invece no, Vedi sopra.
      

-- 
Elio Fabri
Received on Thu Nov 19 2020 - 16:22:11 CET

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