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cinieri andrea discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia 2011/2012

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia istituto professionale per l industria e l artigianato luigi palmieri indirizzo chimico-biologico tesi di maturità discorso sulla relativitÀ fra storia ed epistemologia candidato cinieri andrea anno scolastico 2011/2012 2

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia la mente è come un paracadute funziona solo se si apre a einstein non ho particolari talenti sono soltanto appassionatamente curioso da una lettera a carl seelig 11 marzo 1952 3

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia introduzione tutto è relativo prendi un ultracentenario che rompe uno specchio sarà ben lieto di sapere che ha ancora sette anni di disgrazie lo scopo di quest argomentazione è quello di illustrare brevemente i punti salienti dello sviluppo del pensiero relativistico e spiegare come le scoperte e le intuizioni scientifiche abbiano influenzato la cultura agli inizi del `900 inoltre questo mio tentativo vuole porsi come un approfondimento di duplice natura da un lato scientifico dall altro epistemologico in particolar modo si evidenzieranno i presupposti filosofici che sono stati alla base della teoria della relatività in modo da rappresentare il forte legame fra teoria e contesto storico-sociale tale ricerca è quindi la fine di un percorso interdisciplinare fra fisica storia e filosofia che si propone come contributo al superamento dello stereotipo che vede la scienza come disciplina rigida e puramente tecnica in particolare si riassumerà la posizione epistemologica di albert einstein e il come le sue intuizioni hanno inciso ed ancora oggi incidono sulla introspezione umana prima di poter affrontare un argomento quale la teoria della relatività è necessario chiarire il concetto di relativo sia dal punto di vista etimologico che da quello strettamente epistemologico il termine relativo deriva dal latino relativus «che si riferisce che si riporta a qualche cosa» nel linguaggio filosofico in contrapposizione ad assoluto significa che vale o può essere asserito solo in dipendenza dalle circostanze e dalle situazioni contingenti soggettive storiche psicologiche culturali ecc affermare la natura r di ogni 4

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia conoscenza ogni giudizio estetico è r ciò che è certo non può essere relativo in fisica in generale si attribuisce a grandezze o proprietà che vengono definite mediante un criterio o sistema di riferimento fissato in modo arbitrario e che non possono pertanto essere considerate come esclusivamente dipendenti dall ente o dal fenomeno osservato nel qual caso sarebbero assolute ciò vale in particolare per i parametri del moto di un corpo traiettoria velocità accelerazione dato che essi dipendono dal sistema di riferimento scelto per la descrizione di tale moto per cui si parla di velocità r accelerazione r quiete r ecc la velocità r della luna rispetto alla terra è diversa dalla velocità r della luna rispetto al sole moto r moto di un corpo rispetto a un sistema di riferimento a sua volta in moto rispetto a quello dell osservatore analogamente il termine si applica anche a grandezze il cui valore viene determinato avendo fissato come riferimento il valore che esse assumono per un corpo o in circostanze particolari in tal senso si parla di peso specifico r preso come unitario il peso specifico dell acqua di indice di rifrazione r ossia dipendente dai due mezzi contigui che la luce attraversa laddove l indice di rifrazione assoluto si ottiene quando uno dei due mezzi è il vuoto di umidità r avente per riferimento la tensione di vapore dell acqua nelle date condizioni di temperatura 5

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia capitolo 1° einstein un uomo una storia linee di collegamento con i grandi eventi storici einstein è vissuto per quasi 80 anni una lunga vita che ha sotteso un periodo storico eccezionale in cui affondano le radici dell epoca attuale nell impossibilità concreta di seguire un così ampio e importante arco di tempo l intervento sulla sua biografia dovrà limitarsi all esame di alcune linee che legano einstein al suo tempo per dimostrare che il grande fisico tedesco è stato testimone figlio e protagonista dei grandi eventi storici del xx secolo nato ad ulm nel 1879 einstein ebbe la fortuna di crescere ed educarsi in circostanze storiche eccezionali la germania da poco unificata stava rapidamente compiendo un incredibile balzo in avanti realizzando in pochissimo tempo una rivoluzione industriale che la collocherà ai vertici dell economia europea la collaborazione fra ricerca scientifica e innovazione tecnologica la porterà a minacciare la tradizionale supremazia inglese ad un clima storico così propizio per il giovane einstein corrispose un clima familiare di tipo aperto multiculturale o per lo meno mitteleuropeo tedesco per nascita ebreo di origine contestatore per vocazione era stato educato al libero pensiero tale formazione lo portò alla scelta del laicismo lontano da ogni influsso religioso negli anni della scuola elementare dove era di moda l apprendimento mnemonico e le tabelline venivano 6

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia insegnate a suon di bacchettate il piccolo einstein dimostrava una grave difficoltà di apprendimento d altronde riusciva a risolvere problemi matematici di alta difficoltà con metodi risolutivi straordinari ed ingegnosi negli anni della scuola media superiore einstein sviluppò un grande amore per la filosofia la fisica e la musica all esame di ammissione al politecnico di zurigo einstein fu bocciato per alcuna lacune nelle materie umanistico letterarie in quel caso il suo professore di greco sentenziò che einstein non avrebbe mai combinato nulla di buono nella vita ammesso l anno successivo egli si diplomò nel 1896 con il voto di 4.9/6 proseguì gli studi fino alla laurea e nel 1905 ricevette un dottorato all università di zurigo dissertando sul moto browniano È proprio qui nel xx° secolo che einstein diventerà l uomo senza tempo la sua teoria della relatività insieme alla quantizzazione di planck e alla psicoanalisi di freud hanno dato la spinta giusta a quella che è stata la seconda rivoluzione scientifica la nascita della società di massa l impiego di nuove tecnologie alle quali se ne aggiungevano di importantissime come la radio e lo sviluppo delle telecomunicazioni portarono un forte entusiasmo nella popolazione mondiale ma nessun indovino sarebbe stato in grado di presagire quello che il `900 avrebbe poi riservato nel 1914 l austria dichiarò guerra alla serbia in seguito all assassinio di francesco ferdinando decretando così lo scoppio della i a guerra mondiale allo scoppio di un conflitto di tali dimensioni einstein utilizzò un semplice ma alquanto eloquente aggettivo incredibile il fisico fu uno dei pochi intellettuali pacifisti insieme allo scrittore tedesco mann alla fine del conflitto la germania ne uscì completamente distrutta e con forti debiti nei confronti degli stati uniti nel primo 7

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia dopoguerra periodo in cui la germania era divenuta repubblica di weimar precisamente nel 1921 einstein ricevette il premio nobel per la fisica grazie alle sue teorie sull effetto fotoelettrico einstein che era di origine ebraica fin dal 1933 era riparato negli usa non tanto per sfuggire a quelle persecuzioni che ancora non erano iniziate ma per la consapevolezza del pericolo mortale che l umanità intera stava correndo solo una percentuale bassissima di ebrei d europa poterono salvarsi con l esilio molti altri furono vittime di un vero e proprio genocidio tramite stragi perpetrate nel corso della guerra come nel caso della famiglia del cugino wilhelm sterminata nell estate del 1944 o tramite la deportazione forzata nei lager la soluzione finale del problema ebraico si stava configurando in tutta la sua tragicità la guerra era scoppiata nel 1939 einstein capì che quel pericolo che già da tempo aveva intuito si stava trasformando in atroce realtà compì allora un azione di cui più tardi si sarebbe pentito spezzò il suo pacifismo ed inviò una lettera a roosevelt informandolo che la germania stava compiendo studi sulla scissione dell atomo per la realizzazione di un ordigno micidiale il grande fisico chiedeva che anche gli usa iniziassero a condurre studi in tale direzione per contrastare la germania ed evitare una catastrofe finale nacque il progetto manhattan guidato da enrico fermi senza la partecipazione di einstein che si trasse da parte nel secondo dopoguerra durante il periodo della guerra fredda usa-urss einstein ripensò con amarezza alla sua scelta dell energia nucleare che lui stesso in qualche modo aveva contribuito a scoprire gli studi erano proseguiti si stava progettando la bomba h i cui effetti distruttivi sarebbero stati superiori 2500 volte alla bomba atomica che distrusse 8

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia hiroshima1 il 13 febbraio 1950 einstein pronunciò un discorso contro i pericoli dell energia nucleare in seguito firmerà insieme a bertrand russell ed altri pacifisti un manifesto contro le armi nucleari nel 1955 einstein moriva a princeton in piena guerra fredda lasciando al mondo intero un eredità incalcolabile come già detto il novecento fu teatro di orrori stragi e conflitti per noi che ne abbiamo solo sentito parlare immaginandolo sembra quasi di guardare un film di hitchcock ma come è possibile che il secolo del male come viene definito da alain besançon sia stato padre di un uomo di un genio genio è colui che è dotato di un multiforme ingegno come definito dalla filosofia rinascimentale con quella specifica attitudine naturale atta a produrre opere di elevata importanza scientifica artistica etica e sociale secondo nietzsche il genio è un superuomo che si affranca dalle valutazioni correnti e dai legami soliti della vita capace di far sua l infinità e la pienezza della stessa ancora il genio è il figlio del caos molto simile ad un folle incompreso dai contemporanei non capaci di scorgere in lui l essenzialità della vita È proprio il caos che porta alla perfezione assoluta è l indifferenza del tutto che rende possibile il tutto come dice schelling È proprio questa indifferenza del mondo che ha reso possibile einstein quell uomo anzi quel superuomo capace di cogliere 1 little boy in onore del presidente roosvelt fu il nome in codice della bomba mk.1 la seconda bomba atomica costruita nell ambito del progetto manhattan lanciata il 6 agosto 1945 dal boeing b-29 superfortress enola gay pilotato dal colonnello paul tibbets la terza bomba fat man in onore di w churchill fu lanciata tre giorni dopo su nagasaki anziché su kokura secondo target previsto a causa del cielo coperto 9

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia naturalmente l assoluto nella sua forma di natura e di spirito capace di cogliere la forma suprema del sapere 10

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia capitolo 2° introduzione alla relativitÀ linee di collegamento tra le teorie galileiane newtoniane e la teoria della relatività la teoria della relatività è una teoria gravitazionale essa ha lo scopo di spiegare in quale modo i corpo in movimento attraverso lo spazio e il tempo subiscono gli effetti della gravità l attrazione cioè da parte di altri corpi ma come si arrivò alla teoria della relatività?la formulazione della teoria della relatività fu un processo che iniziò tra la fine del 500 e l inizio del 600 con galileo galilei egli con il suo metodo scientifico nei suoi studi sullo spazio e sul tempo arrivò alla formulazione del principio di inerzia che afferma un corpo non soggetto a forze permane nel suo stato di quiete o di modo rettilineo uniforme inoltre con il suo studio sui gravi scopre che essi cadono con una accelerazione costante e che il moto di un oggetto è frutto del moto verticale e del moto orizzontale e la caduta è indipendente dalla massa del gravo e dal punto di riferimento sia inerziale che gravitazionale galileo inoltre intuì l importanza della velocità della luce e riteneva che essa avesse una velocità finita ma non riuscì a dimostrarlo solo nel 1675 il fisico danese roemer vi riuscì attraverso lo studio dei tempi di rivoluzione dei satelliti di giove pochi anni dopo galileo anche il fisico inglese isaac newton cominciò ad interessarsi dei problemi della meccanica egli con i suoi studi sulla forza di gravità terrestre introdusse il 11

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia concetto di inerzia definita come la tendenza di ogni corpo ad 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 così egli giunse 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 la cui intensità dipende dalla distanza a partire dalla fine del 1600 cominciava a farsi strada il problema della natura della luce all epoca vi erano due correnti di pensiero opposte che spiegavano i fenomeni della luce una teoria corpuscolare ed una ondulatoria verso gli inizi del `800 grazie allo studio dei fenomeni di interferenza cominciò a prevalere la teoria ondulatoria essa affermava che la luce è un onda che si propaga in un mezzo elastico ciò comportava che la luce dovesse propagarsi in un mezzo elastico come l aria poiché essa giunge a noi attraverso gli spazi interstellari nacque così l etere in assoluto accordo con l idea di spazio di newton a questo punto però insorse un altra problematica relativa al comportamento dell etere rispetto al moto terrestre due erano le soluzioni o la terra nel suo moto si trascina parte dell etere o lo lascia indisturbato per anni si tentò di dirimere tale questione attraverso esperimenti sulla rifrazione alla fine del 1870 la situazione era la seguente la prima ipotesi quella dell attraversamento indisturbato era la più accreditata ma fino ad allora nessun esperimento aveva dato esiti positivi però la seconda ipotesi quella del trascinamento poteva spiegare l insuccesso sperimentale ma portava a delle contraddizioni rispetto alla natura chimica e fisica dell etere che risultava essere scarsissimamente interagente ma con un comportamento fisico che risultava 12

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia simile a quello dei corpi rigidi verso la fine degli anni 80 nonostante il progredire delle tecnologie gli esperimenti condotti da fisici del calibro di michelson e maxwell non portarono a esiti positivi lorenz allora cercò di spiegare i motivi dei fallimenti degli esperimenti condotti ed elaborò una teoria secondo la quale i corpi in moto rispetto all etere subiscono una contrazione nella direzione di moto per un fattore di 1 2 2 anche poincarè stava lavorando ad una teoria per spiegare gli insuccessi sperimentali e come punto di partenza utilizzò le equazioni di lorenz arrivò così a dimostrare che una radiazione con energia e ha una massa data dal rapporto 2 ma rifiutò di credere che tale relazione avesse un significato fisico importante 13

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia capitolo 3° la teoria della relativitÀ ristretta non cerco di immaginare un dio mi basta guardare con stupore e ammirazione la struttura del mondo per quanto essa si lascia cogliere dai nostri sensi inadeguati agli inizi del 1900 anche einstein iniziò a studiare non i fallimenti bensì i risultati degli esperimenti di michelson e morley tali esperimenti se pur fallimentari avevano introdotto dei nuovi postulati tra cui uno che aveva dimostrato che la velocità della luce era la stessa per qualunque osservatore in contrasto con la legge delle composizione delle velocità derivante dalle equazioni di galileo einstein fornì in questo modo un interpretazione teorica fondamentale degli effetti di contrazione dello spazio e dilatazione dei tempi che erano stati proposti per spiegare la costanza della velocità della luce nel vuoto einstein formulò quindi la sua teoria su due postulati postulato n.1 le leggi meccaniche elettromagnetiche e ottiche sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali postulato n.2 la luce si propaga nel vuoto a velocità costante c indipendente dallo stato di moto della sorgente o dell osservatore per giungere a questi due postulati einstein si ispirò alla termodinamica disciplina che in quel periodo 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 14

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discorso sulla relatività tra storia ed epistemologia era rappresentato dall impossibilita di costruire una macchina a moto perpetuo nella ricerca di questo principio si imbatté 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 non in dipendenza dall osservatore che può essere in moto o in quiete se si immagina un razzo che giri nell orbita terrestre a bordo con un equipaggio e si immagina un osservatore che possa osservare il razzo della terra esso vedrebbe l equipaggio muoversi a rallentatore einstein spiegò questo paradosso con una riformulazione della equazione di lorenz 1 1 2 2 dove al fattore di relatività temporale v è la velocità e c è la velocità della luce nel vuoto quindi secondo la teoria della relatività ristretta il tempo di un osservatore è uguale a quello di un altro osservatore solo se viene moltiplicato per un certo fattore che dipende dalla velocità relativa dei due osservatori nel 1907 einstein pubblicò uno scritto in cui dava un significato fisico alla relazione 2 scartata da poincarè un corpo che rilascia energia perde parte della sua materia ciò era sperimentalmente molto difficile da dimostra perché le masse in gioco nelle reazioni chimiche erano infinitesimali 15

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