Principio di relatività galileiano: la porta verso una nuova realtà scientifica

La storia della scienza dell'umanità è un movimento costante nella linea ascendente, nella quale, tuttavia, è possibile identificare una serie di momenti bruschi. Questi punti chiave corrispondono alle opere e alle scoperte di quegli scienziati che hanno aperto nuove pagine in una disciplina o in un'altra. Una di queste pagine era il principio della relatività galileiana e l'inizio associato della formazione di un'immagine meccanicistica del mondo.

Galileo e la sua cerchia di interessi scientifici

Il nome di uno dei più grandi scienziati dell'ultimo millennio, Galileo Galilei, è noto alla maggior parte delle persone moderne soprattutto alla luce del suo conflitto con la Chiesa cattolica a causa del tentativo di dimostrare il sistema eliocentrico. Nel frattempo, era uno scienziato ampiamente sviluppato. Esperimenti di Galileo in astronomia diedero all'umanità le scoperte dei satelliti di Giove, il pianeta Nettuno e la presenza di crateri e cavità sulla Luna. Dal punto di vista della filosofia, Galileo ha scientificamente confermato le concezioni errate di Aristotele sull'Universo come un insieme di sfere ideali in cui la Terra si trova al centro. È dalla ricerca di questo scienziato originato metodo scientifico il ruolo principale in cui la raccolta gioca e elaborazione delle informazioni per confermare o confutare certe ipotesi. Tuttavia, il posto principale negli scritti di Galileo fu dato a tutti la stessa fisica.

Principio di relatività galileiano: preistoria

Fino alla metà del XVI secolo, il sistema dominante nella costruzione del mondo era il sistema Tolomeo, il cui postulato principale era considerato la posizione statica della Terra nel centro dell'Universo e il movimento dinamico di tutti gli altri corpi celesti attorno ad esso. Questo sistema era completato dalle disposizioni filosofico-naturali di Aristotele, una delle più importanti delle quali è la velocità del corpo in caduta libera proporzionale alla sua massa Copernico scrutò attentamente i lavori di quasi tutti i suoi precedenti ricercatori, condusse vari esperimenti per dimostrare un modello eliocentrico fondamentalmente diverso. In questo caso, i leader della Chiesa cattolica, che non volevano mancare il primato ideologico e scientifico, hanno insistito sul fatto che questo sistema era in conflitto con la realtà circostante. Ad esempio, hanno sostenuto che se la Terra si muovesse veramente, allora gli oggetti pesanti non sarebbero mai caduti strettamente verticalmente. Tutto al suo posto poneva il principio della relatività galileiana.

Sistemi di riferimento per movimento meccanico

Per comprendere il principio della relatività galileiana, è necessario tenere presente che in quel periodo di tempo (come, per inciso, più di trecento anni dopo), gli scienziati hanno cercato di ridurre tutti i cambiamenti fisici a tutti i meccanici comprensibili. Un ruolo speciale in questo è stato giocato dai sistemi di coordinate, il primato nello studio di cui apparteneva al filosofo francese R. Descartes. Qui il punto più importante è che la posizione di un particolare corpo in un certo periodo di tempo è determinata da due (su un piano) o da tre coordinate. Tuttavia, per creare questo sistema di coordinate virtuale, è necessario un punto di riferimento fisso, ovvero un altro sistema. Fu su questo piano che Galileo cominciò a prendere in considerazione. movimento meccanico.

Sistemi inerziali

Nei suoi studi, Galileo attirò l'attenzione principalmente sui cosiddetti sistemi inerziali. Oggi, anche un normale scolaro può esitare a dire che tali sistemi sono quelli che sono relativi l'uno all'altro, sia in uno stato di riposo completo o nel processo di moto rettilineo uniforme. I sistemi inerziali della fisica classica svolgono il ruolo di pilastro da cui ci si può muovere verso la realizzazione della verità in relazione a tutti i processi che si verificano nel mondo circostante.

L'essenza del principio di relatività Galileo

Nella sua opera più famosa, in cui i sistemi di Tolomeo e Copernico vengono confrontati da diverse angolazioni, Galileo presta particolare attenzione alla formulazione del concetto di relatività. Affinché le sue posizioni diventino chiare per l'uomo medio, lo scienziato lavora attraverso degli esempi. Quindi invita il lettore a presentare visivamente la cabina della nave, che rimane immobile. All'interno, farfalle e mosche volano in direzioni diverse, l'acqua gocciola da una goccia d'acqua da una nave all'altra. In quel momento, quando la nave inizia a muoversi in modo uniforme, nulla cambierà nella cabina: le mosche si muoveranno alla stessa velocità, e l'acqua scorrerà anche dalla nave superiore a quella inferiore. Da qui il famoso principio Galileo: tutti i sistemi inerziali sono simili l'uno all'altro, cioè quando si passa da un tale sistema all'altro, le equazioni della meccanica classica non subiscono alcun cambiamento.

Principio di Galileo e sistemi non inerziali

Per quanto riguarda i sistemi inerziali, il principio di relatività era comprensibile e non è stato contestato da nessuno. Ma agirà anche in sistemi di riferimento non inerziali, cioè in quelli in cui un sistema si muove rispetto a un altro (che a sua volta è inerziale) con una certa accelerazione? Galileo, a causa delle sue conoscenze limitate e degli strumenti di ricerca imperfetti, non ha potuto rispondere a questa domanda. Successivamente, Einstein ha dimostrato in modo convincente che nei sistemi non inerziali, l'accelerazione ha un effetto diretto sui processi che si verificano all'interno del sistema. Questa era una delle prove del principio limitato della relatività galileiana.

Svantaggi e limiti del principio di Galileo

Lo scienziato italiano ha fatto della sua ricerca una vera rivoluzione nel mondo scientifico. Tuttavia, nel tempo, alcune delle sue disposizioni, incluso il famigerato principio di relatività, hanno mostrato i loro limiti e sono state più o meno riviste. Uno di questi esempi è stato mostrato sopra. Si può inoltre rilevare che in tutti gli studi su Galileo il tempo è stato impiegato in spazi estremamente ridotti, mentre questi spazi erano considerati uguali per entrambi i sistemi. Tuttavia, lo stesso Einstein cominciò a considerare il tempo come un'altra coordinata per i sistemi di riferimento, e dimostrò la possibilità della sua non uniformità, se parliamo di velocità che si avvicinano la velocità della luce. Allo stesso tempo, se consideriamo eventi di breve durata, il principio di relatività di Galileo si conferma pienamente.

Lo sviluppo del principio della relatività galileiana

L'insegnamento di Galileo negli ultimi cinquecento anni ha attraversato un lungo e spinoso cammino. Se all'inizio i principali oppositori erano i teologi, in seguito il principio di relatività di Galileo fu ripetutamente sfidato da eminenti scienziati. Molti hanno ipotizzato che, con strumenti avanzati, il movimento possa essere rilevato all'interno del sistema inerziale. Alla fine, il fisico americano A. Michelson alla fine del XIX secolo condusse un esperimento usando l'interferometro inventato da lui. Questo dispositivo ha permesso di rilevare anche la minima deviazione, ma anche qui il risultato si è rivelato negativo. Usando questa esperienza, Einstein ha finalmente formulato il principio di relatività galileiano per tutti i sistemi inerziali: nessun dispositivo fisico e nessun metodo può rilevare il movimento all'interno di un dato sistema. Questo principio è diventato uno dei capisaldi della sua teoria della relatività speciale.