domenica, Aprile 21

Il secchio di Newton e lo spazio assoluto

Fin dall’antichità ci si è interrogati sulla natura dello spazio, da Democrito ad Aristotele, da Pitagora a Platone, e poi durante il corso dei secoli, la riflessione sul concetto di spazio ha riguardato inizialmente la metafisica e successivamente la teologia.
Esiste una differenza tra spazio e materia? Lo spazio esiste indipendentemente dalla presenza di oggetti materiali? Lo spazio è vuoto? Lo spazio è un’entità finita o infinita?
Finalmente la ricerca teorica si spostò nel campo della scienza pura e nel 1689, il grande scienziato inglese Isaac Newton mise a punto un singolare esperimento.
Raccontiamolo attraverso le sue parole:
Se si fa girare su se stesso un vaso appeso ad una corda fino a che la corda, a forza di essere girata, non si possa quasi più piegare, e si mette poi in questo vaso dell’acqua e, dopo aver permesso all’acqua e al vaso di acquistare lo stato di riposo, si lascia che la corda si srotoli. il vaso acquisterà un moto che durerà molto a lungo; all’inizio la superficie dell’acqua contenuta nel vaso resterà piana, come era prima che la corda si srotolasse, ma in seguito, il moto del vaso comunicandosi poco a poco nell’acqua contenuta, quest’acqua comincerà a girare, a elevarsi verso i bordi ed a diventare concava, come ho esperimentato; quindi con l’aumentare del moto il livello dell’acqua crescerà sempre più fino a che, concludendosi le sue rivoluzioni, in tempi uguali ai tempi impiegati dal vaso per fare un giro completo, l’acqua sarà in riposo relativo rispetto al vaso”.
All’inizio quando il secchio inizia a girare esiste un moto relativo tra il secchio e l’acqua, perché quest’ultima ritarda un po’ prima di mettersi in rotazione.
Nonostante questo la superficie dell’acqua resta piana. Dopo quando l’acqua gira alla stessa velocità del secchio, e dunque secchio ed acqua sono fermi uno rispetto all’altro, la superficie diventa concava.
Se prendiamo il secchio come punto di riferimento accade il contrario di quanto ci aspettiamo, quando esiste un moto relativo tra acqua e secchio, la superficie dell’acqua è piana, quando il moto relativo non sussiste più, la superficie dell’acqua è concava.
Newton immaginò allora di trasferire questo esperimento nel freddo dello spazio. In uno spazio desolatamente vuoto, senza Sole, senza Terra, senza altri oggetti, senza aria, rispetto a cosa il secchio stava ruotando?
Newton avanzò l’ipotesi che esisteva sempre un sistema di riferimento, in grado di condizionare il moto e le sue accelerazioni, e questi era in ultima analisi, lo spazio stesso, che definì spazio assoluto..
Nei suoi Principi matematici della filosofia naturale il grande scienziato inglese scriverà lapidariamente questo assioma:
Lo spazio assoluto, per sua natura senza relazione ad alcunché di esterno, rimane sempre uguale ed immobile; lo spazio relativo è una dimensione mobile o misura dello spazio assoluto, che i nostri sensi definiscono in relazione alla sua posizione rispetto ai corpi, ed è comunemente preso come lo spazio immobile; cosí la dimensione di uno spazio sotterraneo o aereo o celeste viene determinata dalla sua posizione rispetto alla terra. Lo spazio assoluto e lo spazio relativo sono identici per grandezza e specie, ma non sempre permangono identici quanto al numero. Infatti se la Terra, per esempio, si muove, lo spazio della nostra aria, che relativamente alla Terra rimane sempre identico, sarà ora una parte dello spazio assoluto attraverso cui l’aria passa, ora un’altra parte di esso; e cosí muterà assolutamente in perpetuo.”
La fama ed il carisma di Newton si imposero sulla comunità scientifica internazionale e per circa due secoli il principio e l’esistenza dello spazio assoluto non fu messa in discussione se non da pochi eretici.

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1 Comment

  • antonio

    veramente credo che il senso dell’esperimento fosse un altro. La domanda è: come mai quando il moto relativo dell’acqua rispetto alle pareti del secchio è nullo in un caso il pelo libero dell’acqua è piatto(configurazione iniziale) mentre in un altro è una superficie parabolica(configurazione finale)? Questa apparente violazione di un principio di simmetria da quanto ho capito ( magari mi sbaglio) spinse Newton ad escogitare una risposta mistica, quasi teologica (come del resto teologicamente ci si affidava al concetto metafisico di tempo assoluto) di sistema di riferimento assoluto delle stelle fisse. In sostanza un sistema di riferimento “più uguale degli altri” , un sistema di riferimento ” fermo per davvero” che in sostanza coincideva con lo spazio racchiuso all’interno della sfera delle stelle fisse (infatti per Newton l’universo era un guscio sferico dove al centro vi era il sole e sulla cui superficie erano incastonate come dei diamanti le stelle fisse) dove a sua volta era contenuto un fluido detto etere luminifero (quello che i filosofi stoici chiamavano pneuma) che era in quiete rispetto alla palla delle stelle e di conseguenza solidale con il sistema di riferimento detto “stelle fisse” o “spazio assoluto”. Ebbene quando il secchio è in quiete rispetto a “stelle fisse” allora è in quiete “per davvero” e dunque il pelo libero dell’acqua è piatto mentre quando il secchio ruota rispetto a “stelle fisse” allora la superficie dell’acqua diventa parabolica perchè il secchio “sta ruotando per davvero”. Infatti un osservatore a bordo del secchio nonostante non osservi moto relativo tra acqua e parete del secchio avvertirà la sensazione di forza centrifuga apparente che testimonia il fatto che egli è in rotazione rispetto ad un sistema fermo sul serio che si chiama spazio assoluto. Al contrario Mach non credeva a questa assunzione teologica di spazio assoluto , perchè in un universo infinito e senza riferimenti privilegiati non avrebbe alcun senso parlare di sistemi di riferimento “più uguali di altri” ma bisogna semplicemente considerare il carattere relativo del moto. Per giustificare il fatto che nonostante in entrambi i casi in cui il moto relativo di acqua e secchio sia nullo ciò avvenga in configurazioni diverse egli invoca l’azione che esercitano le masse molto distanti nell’universo.

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