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Relatività, la più grande teoria scientifica?
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Complicata, inosservata, improduttiva

«Quando corro, avverto un soffio di vento; ma non tale da far girare le pale di un mulino. Fino a quando un osservatore è a riposo al suolo, non ha importanza se la velocità del vento è riferita all’osservatore o al mulino. Un fisico che assumesse erroneamente che la velocità che produce effetti (che fa girare il mulino) è quella rispetto all’osservatore, ma correttamente applicasse il principio di relatività, si aspetterebbe che il mulino giri quando egli sta correndo. L’evidenza sperimentale contraddirà la sua previsione, ed egli allora può abbandonare le sue false premesse, oppure egli può distorcere lo spazio e il tempo a tal punto che il moto dell’osservatore produce due forze esattamente uguali e opposte sul mulino, mantenendolo fermo come osservato. La teoria di Einstein, in effetti, prende la seconda strada; ma io credo che le leggi della fisica, incluso il principio di relatività, debbano valere indipendentemente dall’osservatore, che non dovrebbe fare niente se non osservare. [...] Tentare di ridefinire i maggiori pilastri portanti della fisica, spazio e tempo, da ciò che attraverso i secoli si è inteso che siano equivale a spostare l’intero edificio dai suoi fondamenti ben stabiliti e chiaramente visibili ad un dominio di acrobazie irreali dove l’osservatore diventa più importante che la natura che si suppone che osservi, dove spazio e tempo diventano giocattoli in formalismo matematico astratto [...]».

Scriveva così il professor Petr Beckmann nell’introduzione del suo libro «Einstein plus two», che contiene una critica feroce e molto ben argomentata alla teoria della relatività di Einstein. Beckmann era un personaggio noto nel gotha della fisica americano. Un suo caro amico, e co-fondatore della newsletter scientifica «Access to Energy», era Edward Teller, noto (certo non felicemente) come padre della Bomba H. Morirono entrambi nel 1993, ma Teller ebbe il tempo di pronunciare un discorso in commemorazione di Beckmann, tessendone le lodi in quanto persona eccezionale sia sul piano scientifico che su quello umano.

«Su una cosa però il caro amico sbagliava», disse Teller, «ed era la sua critica alla teoria speciale della relatività. Ma adesso abbiamo un modo di verificarlo. E’ stato progettato qui negli USA un sistema noto come GPS in cui la triangolazione di segnali radio provenienti da satelliti diversi permette la localizzazione di un ricevitore qui sulla Terra [....]».

Tacciare una teoria di essere complicata, inosservata, improduttiva, significa sentenziarne, dal punto di vista scientifico, le peggiori cose possibili. Un bel salto rispetto a quello che si sente dire dalla scienza «ortodossa» riguardo alla teoria della relatività. Nel seguito, cercherò di esporre con considerazioni semplici le ragioni di un tale giudizio.

La teoria della relatività non dice che E=mc2 o qualche altra cosa incomprensibile ai più. La teoria della relatività di Einstein dice che la velocità della luce è la stessa in tutti i sistemi di riferimento inerziali.

Questo postulato (l’«intuizione geniale») consentiva di risolvere il dilemma in cui si dibattevano i fisici, che non riuscivano a trovare una teoria che unificasse quel che si sapeva di meccanica e elettromagnetismo, in quanto quest’ultimo comprendeva osservazioni di forze dipendenti dalla velocità di una carica elettrica; ne conseguiva che dovesse esistere un sistema di riferimento «privilegiato».

Il postulato di Einstein eliminava questa necessità, e apriva la strada ad una celebrata «unificazione della fisica», che includeva in un’unica teoria tutte le leggi conosciute e anche quelle che lo sarebbero state a poco, come E=mc2. C’era qualche risvolto non proprio intuitivo, però.

Se una velocità diventa la grandezza assoluta attorno alla quale è costruita la realtà, allora spazio e tempo non sono più quello che si era sempre pensato che siano, non sono più loro ad essere assoluti, bensì variano a seconda del sistema di riferimento scelto, ovvero dell’«osservatore»; quello che rimane assoluto è una loro fusione, lo spazio-tempo.

Ad esempio, la lunghezza di un oggetto varia a seconda della velocità del sistema di riferimento da cui è misurata, e il concetto di simultaneità di eventi perde significato. La serie di paradossi che deriva dalla teoria della relavità è ben nota e non sto a ripeterla. E se sono in gioco sistemi di riferimento non inerziali? (che ruotano o in qualsiasi modo accelerano, cioè sono sottoposti a forze).

Per comprendere anche questi, a partire dal postulato, fu sviluppata la teoria generale della relatività, un complesso meccanismo matematico in cui lo spazio-tempo diventa oltretutto «curvo»; teoria alquanto misteriosa, e, in modo un po’ inquietante, «parametrica».

Se si prova ad argomentare che forse la teoria della relatività di Einstein non è stata quel grosso passo avanti della scienza che ci viene detto, la prima cosa che viene ribattuta è la sua «semplicità»: una sola ipotesi (oltre al principio di relatività, che vuol dire che le stesse leggi della fisica devono spiegare lo stesso fenomeno da qualsiasi riferimento inerziale sia visto) il sogno dei fisici teorici!

La scienza comanda che su meno ipotesi ci si deve basare meglio è. Però, a condizione di non aver esagerato. La semplicità che conta, nella scienza, è la semplicità nella spiegazione dei fenomeni osservati.

Un esempio banale: se non riuscissi a misurare le distanze di certi corpi celesti dalla Terra, e allora postulassi che sono tutte uguali, avrei fatto un’ipotesi molto semplice, ma poi spiegare quello che si osserva diventerebbe molto complicato.

I relativisti pontificano sulla «semplicità delle ipotesi» di Einstein. Ma scavando un po’, si scopre che anche i più ferventi sostenitori della relatività di Einstein sono costretti ad ammettere la sua complessità, tant’è vero che è noto che pochi al mondo (pochi tra gli esperti di fisica, si intende) conoscono a fondo la teoria generale. E la teoria generale è quella che è necessaria a spiegare il funzionamento di semplici apparati quali i giroscopi: in altre parole, per modellare il funzionamento di semplici giroscopi è necessaria una matematica che include i tensori quadri-dimensionali nello spazio-tempo curvo. Alle teorie che non distorcono spazio e tempo, quale quella che propone Beckmann, basta qualche passaggio di algebra. E Beckmann fa solo un’ipotesi, come Einstein. La comunità scientifica reagì al libro di Beckmann ignorandolo.

Poi c’è la questione dell’accordo con quanto si osserva sperimentalmente. Viene ripetuto continuamente quanto la teoria di Einstein sia in accordo con i più svariati esperimenti. Un principio della scienza è che nessun esperimento può mai «definitivamente provare» una teoria scientifica, mentre è possibile che un esperimento «smentisca» una teoria. Ma quello che viene costantemente ripetuto riguardo alla teoria di Einstein è del genere «quasi cent’anni di conferme su conferme», suggerendo che la teoria sia «provata» oltre ad ogni ragionevole dubbio.

Gli esperimenti citati coinvolgono a volte apparati suggestivi come gli acceleratori di particelle o fenomeni misteriosi come il decadimento dei mesoni, lasciando la gente comune nell’impressione che occorra saperne troppo per capire di che si tratta. A dir la verità, ogni tanto riaffiora il dubbio che per mettere alla prova realmente la specificità della teoria della relatività sarebbe il caso di fare qualche esperimento con cose semplici come «orologi che si muovono» ad alte velocità gli uni rispetto agli altri.

E infatti, negli anni ‘70, fu dato grande rilievo ad un famoso esperimento con orologi atomici portati in viaggio su normali jet ad alta percorrenza. I risultati furono strombazzati come «conferme», ma fu necessario un bel po’ di rimaneggiamento sui numeri effettivi e qualche ipotesi non proprio in accordo con la teoria.

Inoltre, c’è il problema, noto anche ai tempi di Einstein, degli esperimenti su apparati rotanti, da Michelson-Gale a Sagnac. Tali esperimenti, e qualsiasi giroscopio, mostrano che, ehm, la luce viaggia a velocità diverse in direzioni diverse.

Ci sono giroscopi che «funzionano» in base a questo fatto. La risposta dei relativisti è tirare in ballo la relatività generale: ovvero, la velocità della luce è uguale in tutte le direzioni, ma in un sistema di riferimento rotante la curvatura dello spazio-tempo fa sì che non appaia così. Certo l’uomo deve essere veramente una creatura geniale, se è in grado di capire leggi universali che non valgono qui da noi.

Un po’ come se Newton avesse detto: «Ho capito la legge di gravitazione universale: due corpi si attirano con una forza che è inversamente proporzionale alla loro distanza al quadrato». «Scusa Isaac, ma qui da noi è così?». «No, qui da noi dipende anche dalla loro massa. Ma è perché lo spazio-massa è curvo».

Se si possono distorcere a piacimento le grandezze fisiche per spiegare le contraddizioni in quello che la teoria afferma da principio, allora non c’è da meravigliarsi che si ottenga un «accordo fenomenale con tutti gli esperimenti».

Arriviamo al GPS. Orologi in movimento relativo che si scambiano segnali che viaggiano alla velocità della luce, in continuazione. I fisici si aspettavano una flagrante conferma della teoria speciale, quindi qualche difficoltà nella sincronizzazione tra orologi in orbita e orologi a terra. E invece no. Gli orologi si sincronizzano perfettamente, con una correzione a terra della frequenza degli orologi da lanciare in orbita, come previsto dalle teorie che non distorcono spazio e tempo.

E allora? Nessun imbarazzo, nessuna esitazione. E’ evidente che per spiegare il GPS ci vuole la teoria generale. I sistemi di riferimento coinvolti non sono perfettamente inerziali per una bazzecola, ma questo sposta tutto. E con un meccanismo matematico complesso come la teoria generale, qualsiasi risultato alla fine (e a posteriori!) può essere spiegato.

E non è finita qui. Un’altra caratteristica di una teoria scientifica riuscita è il fatto che permetta di ideare e costruire qualcosa di utile, diventando  base di qualche tipo di ingegneria. Sono cent’anni che «sappiamo» che spazio e tempo sono in realtà fusi nello spazio-tempo.

Che cosa ci ha permesso di costruire? Nulla. Anzi... che cosa si cita per sottolineare i «successi» della teoria della relatività nella vita di tutti i giorni? Sì, proprio così, la sincronizzazione del GPS.

Il «successo» della teoria di Einstein sarebbe nella capacità di calcolare le correzioni agli orologi da inviare in orbita, spiegate così bene dalla teoria generale, ma solo dopo che si è capito che la teoria speciale non si applicava, come invece era previsto. Un apparato che smentisce seccamente le previsioni di Einstein viene presentato come uno dei suoi più grandi successi.

Ingegner Maria Missiroli




Riferimenti

Più che una bibliografia vera e propria, indico i nomi di alcune persone e associazioni la cui opera può servire da riferimento o punto di partenza per chi è interessato ad approfondire un analisi critica della teoria della relatività.
Petr Beckmann
Roberto A. Monti
Herbert Dingle
Franco Selleri
Natural Philosophy Alliance: http://www.worldnpa.org/
Umberto Bartocci
Thomas E. Phipps


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