Galileo. Il principio di relatività: la strada della scoperta

Durante la sua lunga vita, Galileo Galilei fece una serie di grandi scoperte nel campo della fisica, dell'astronomia e della metodologia. Il principale risultato di questa grande mente era il principio della conoscenza scientifica: l'osservazione sperimentale e la descrizione matematica dei risultati degli esperimenti. Lo scienziato dedicò buona parte della sua vita alla creazione di una nuova scienza, in cui ogni esperienza, ogni esperimento non era basato su conclusioni speculative, ma era costantemente confermato da calcoli matematici.

Galileo e la nuova scienza

Il contributo più significativo di Galileo alla scienza è stato un cambiamento nei principi di elaborazione dei dati sperimentali. Galileo aveva buoni insegnanti - usando il lavoro di Archimede e Pitagora, riuscì a dedurre la regola secondo cui le conoscenze sperimentali ottenute attraverso metodi matematici dovevano essere introdotte nel sistema. Lo scienziato ha applicato metodi matematici a quegli indicatori che sono stati confermati da misurazioni indipendenti. Quindi, ha attribuito grande importanza a quantità di base come la lunghezza, il peso, il volume, la forza. Rifiutava i concetti soggettivi: odore, orecchio per la musica, bellezza, gusto. Se l'osservatore è assente, quindi, secondo il ricercatore, i valori soggettivi scompaiono. Questo principio ha costituito la base di molte scoperte straordinarie dello scienziato, una delle quali è nota come il "principio meccanico della relatività galileiana".

Insegnamento sul movimento

Nuovi principi di studio del movimento di Galileo si svilupparono a Pisa e Padova. Qui tutte le conoscenze nel campo della meccanica e cinematica che erano conosciute in quel momento furono raccolte e introdotte nel sistema. La dottrina delle proprietà del pendolo fu una delle prime scoperte matematicamente fondate per cui Galileo divenne famoso. Il principio di relatività è fondamentalmente basato sulle osservazioni di un ricercatore nella chiesa, quando, da studente, ha seguito le fluttuazioni dei candelabri nelle cattedrali. In assenza di un tempo esatto, il periodo di smorzamento delle oscillazioni di enormi lampade Galileo contava sull'impulso del polso. più tardi questa osservazione costituito la base di un dispositivo medico progettato per misurare l'impulso.

Dogmi di Aristotele

Sugli insegnamenti di Aristotele si basa tutta la scienza del tempo. La chiesa sostenne pienamente le sue idee e nel Medioevo fu considerata quasi arrogante per disputare Aristotele. Tuttavia, c'erano studiosi che sfidavano la saggezza incrollabile dell'antica Grecia. Una di queste coraggiose anime era Galileo, il cui principio di relatività cominciò ad emergere solo dopo aver verificato le affermazioni empiriche di Aristotele. Quindi, il ricercatore ha notato che i corpi che differiscono l'uno dall'altro in peso, cadono con quasi la stessa velocità. Piccole differenze Galileo correttamente spiegato dall'influenza dell'attrito dell'aria. Lo scienziato fu oltraggiato da Aristotele e dai suoi seguaci, i quali sostenevano che il nucleo del cannone da 100 libbre sarebbe caduto solo per 100 piedi, e la palla di dimensioni libra sarebbe caduta di un solo piede. Gli esperimenti pratici, come sostenuto da Galileo, hanno portato a una differenza nella distanza, che può essere misurata con più dita. Come trovi la differenza aristotelica di 99 piedi tra le dita - Galileo chiese ai seguaci gli insegnamenti di Aristotele.

Principio del pendolo

Il lavoro con il pendolo condusse Galileo a ripetere l'esperimento con la palla che rotolava dalla collina alla collina. Ha dimostrato che il movimento di una palla del genere continuerà fino a quando forza di attrito non si fermerà. In assenza di attrito, una tale palla oscillerà nel pozzo per un tempo arbitrariamente lungo. Nel caso limite, quando non c'è attrito e la seconda collina è assente, la caduta della palla continuerà indefinitamente. Quindi, Galileo ha confermato sperimentalmente La prima legge di Newton: in assenza di forze esterne, il corpo si muoverà su un percorso rettilineo con una velocità costante per un tempo infinitamente lungo. Quindi nelle mani dello scienziato era la chiave per svelare il movimento eterno dei pianeti. Galileo ha dimostrato che la forza esterna per il moto uniforme dei corpi celesti non è necessaria, poiché questo movimento continua da solo.

Dalle esperienze - alle stelle

A quel tempo, gli scienziati hanno discusso a lungo sulla rotazione della Terra, e in tal caso, perché gli abitanti di questo pianeta non osservano il movimento. In questa disputa, Galileo ha ricoperto la posizione di sostenitori della rotazione del nostro pianeta. Lo scienziato è stato fortemente influenzato dalle opere dei suoi predecessori. Nelle opere di Nikolai Orem, Nikolai Kuzansky, Copernico e Giordano Bruno, è stato affermato che la gente non può apprezzare la rotazione della Terra solo perché il pianeta è troppo grande per un osservatore. Essere in qualsiasi punto dello spazio, su qualsiasi pianeta, sembrerà all'osservatore che tutto si muova attorno a lui. Così, Galileo affermò gradualmente l'uguaglianza di tutti i sistemi di osservazione, e inflisse un duro colpo all'antropocentrismo. La capacità di distinguere il movimento dallo stato di riposo è possibile solo nel caso in cui vi sia una possibilità di confronto, ha affermato Galileo. Il principio di relatività è stato ridotto al fatto che in un sistema fisico chiuso è impossibile determinare se questo sistema è a riposo o fa un moto rettilineo uniforme.

Trasformazioni galileiane

Le trasformazioni con cui Galileo operava, ci permettono di dimostrare che in qualsiasi sistema che si muove in modo uniforme e diretto, i processi fisici si comportano esattamente allo stesso modo. Questa affermazione può essere dimostrata immaginando una coppia di sistemi di riferimento inerziali k e k '. Poiché entrambi i sistemi sono inerziali, ciascuno di essi si muove in modo uniforme e rettilineo lungo l'asse x. Il punto M si muove in entrambi i sistemi di riferimento.

Per formulare la connessione tra questi sistemi, iniziamo la lettura dal momento in cui l'origine delle coordinate coincide nel tempo, cioè t = t '. Quindi le equazioni del moto del punto M assumeranno la seguente forma:

Queste equazioni caratterizzano il principio matematico della relatività galileiana. Le trasformazioni galileiane sono vere per il movimento di qualsiasi corpo secondo le leggi della meccanica classica.

Promuovere le tue idee

Galileo difese ripetutamente le sue idee ai critici. Parlando di movimento costante e uniforme, ha citato come esempio oggetti che cadono dall'albero di una nave che naviga a velocità costante. Quando i suoi avversari cominciarono a parlare dell'influenza del vento, Galileo si offrì di spostare l'esperimento nella cabina. Con l'aiuto di questo e di altri esempi illustrativi, lo scienziato ha ripetutamente dimostrato che il movimento uniforme del sito dell'esperimento non influisce sugli esperimenti associati alla caduta dei corpi, con il volo dei proiettili. Moto uniforme non può essere rilevato da alcun esperimento condotto all'interno del sistema - ha affermato Galileo. Il principio di relatività dei sistemi di riferimento è stato accettato dagli avversari con ostilità. Con dignità che difendeva la sua innocenza, Galileo si trovò di fronte al veemente disaccordo di molti scienziati, che essi chiamavano beffardamente "filosofi di carta". Alla fine della sua vita la chiesa si interessò agli scienziati, e sotto la sua pressione Galileo fu costretto a rinunciare pubblicamente ad alcune delle sue opinioni.

conclusione

Nel diciannovesimo secolo, in connessione con la scoperta delle leggi dell'elettrodinamica, si è scoperto che le nuove leggi e il principio galileiano non corrispondono tra loro. Le trasformazioni di Lorentz hanno permesso di applicare i principi della relatività nel mondo dell'elettrodinamica. Einstein poteva finalmente riconciliare le contraddizioni creando il proprio teoria della relatività speciale. Nei casi in cui la velocità del corpo è molto inferiore alla luce, le trasformazioni galileiane non perdono la loro rilevanza. Sono usati con successo nel nostro tempo.