La scienza ha cambiato la storia del genere umano, soprattutto negli ultimi quattro secoli, da quando essa è diventata sperimentale. Sperimentale significa che ogni ipotesi formulata tramite un'intuizione dell'intelletto o tratta da un'evidenza osservativa, viene verificata sperimentalmente allo scopo di confermare o confutare l'ipotesi.
In questo modo la scienza ha cominciato ad andare veloce, molto veloce, nello scoprire i misteri del mondo che ci circonda.
Alcune delle teorie che sono state formulate nel corso di questi ultimi secoli, hanno profondamente cambiato la nostra visione del mondo.
Ecco quali:
1) Teoria del Big Bang
La teoria del Big Bang è una delle più famose teorie scientifiche che siano mai state formulate. Il nome, dal significato evidente, ha provocato un fraintendimento piuttosto radicato.
Questa teoria fu formulata negli anni '30 del secolo scorso e fu suggerita da alcune osservazioni astronomiche. Edwin Hubble scoprì infatti che le galassie presentavano uno spiccato "spostamento verso il rosso" nei loro spettri luminosi.
Spostamento verso il rosso significa che la galassie si allontanano.
Tale spostamento era più grande all'aumentare della loro distanza da noi. Questo significa che la distanza tra le galassie aumenta al passare del tempo e ciò automaticamente suggerisce che, in un'epoca remota, risalente a circa 15 miliardi di anni fa, tutta la materia dell'Universo fosse concentrata in un solo punto. Il Big Bang corrisponderebbe all'istante iniziale da cui scaturì l'Universo, l'esplosione iniziale.
Il nome Big Bang, come dicevo all'inizio, ha originato un fraintendimento. Di solito si crede che il Big Bang sia stata un'esplosione che è avvenuta in un certo istante e in un certo punto di uno spazio vuoto. In realtà è stato un evento che ha letteralmente generato lo spazio e il tempo.
Il Big Bang quindi non è stato un'esplosione nello spazio, ma un'esplosione dello spazio. Prima del Big Bang non esisteva né spazio né tempo, quindi non sarebbe possibile nemmeno definire un "prima", visto che il tempo ha avuto inizio proprio con il Big Bang.
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| Il Big Bang immaginato da un artista. |
2) Teoria della relatività
Anche questa è una delle teorie scientifiche più conosciute al mondo. Si tratta di una teoria davvero molto particolare, anche perché porta la firma di un uomo altrettanto famoso: Albert Einstein.
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| Una foto di Albert Einstein, nel 1905 |
Questa teoria così rivoluzionaria si basa su due semplicissimi postulati:
1) Le leggi della fisica sono le stesse per tutti gli osservatori in moto inerziale.
2) La velocità della luce nel vuoto è costante in ogni sistema di riferimento.
Per moto inerziale si intende un movimento a velocità costante.
Da questi semplici postulati si generano delle conseguenze davvero soprendenti. Se ci muoviamo a velocità basse, come quelle che osserviamo nella nostra quotidianità, lo spazio e il tempo ci appaiono come delle quantità "rigide" e immutabili, quasi assolute. Siamo portati a pensare che un orologio che si trova su un aereo segni il tempo esattamente come lo segna un orologio che si trova fermo a terra. Oppure ci sembra ovvio che un metro su una automobile in corsa sia uguale ad un metro che si trova fermo in casa.
In realtà queste convinzioni non sono esatte.
Quando le velocità cominciano ad avvicinarsi a quella della luce, gli orologi in movimento tra di loro non segnano affatto il tempo allo stesso modo. Anche i metri in movimento tra loro non hanno più la stessa lunghezza.
Si tratta della dilatazione del tempo e della contrazione delle lunghezze.
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| La formula matematica della "dilatazione del tempo". c è la velocità della luce. |
La dilatazione del tempo consiste nel fatto che il tempo scorre più lentamente per un orologio che si muove ad alta velocità rispetto ad un altro.
La contrazione delle lunghezze invece consiste nel fatto che la lunghezza di un oggetto è minore se si muove ad alta velocità rispetto ad un altro.
Forse uno degli effetti più noti e sconcertanti della dilatazione del tempo è il cosiddetto "paradosso dei gemelli".
Supponiamo che uno di due gemelli, dell'età di trenta anni, parta con un'astronave e che faccia un viaggio tra le stelle a una velocità prossima a quella della luce. L'altro gemello invece resta sulla Terra ad aspettarlo. E lo aspetta per 50 anni. Quando il gemello torna lui avrà quindi 80 anni ma, sorpresa, dall'astronave non vedrà scendere un vecchietto, ma un energico quarantenne! Sulla Terra sono passati 50 anni, sull'astronave solo 10.
Dalla formula presentata prima si può ricavare con facili calcoli che questo avviene quando la velocità dell'astronave è circa il 98% della velocità della luce.
Se ci avvicinamo ancora di più alla velocità della luce, l'effetto diventa ancora più marcato. Se arriviamo al 99,99% della velocità della luce, ad esempio, 100 anni sulla Terra li vedremmo passare in un solo anno sull'astronave. In questo caso chi sta sull'astronave al ritorno troverebbe tutti gli amici e parenti trapassati da un bel po'.
Ovviamente raggiungere simili velocità non sarà facile nemmeno in un futuro remoto, perché si frappongono non solo ostacoli tecnologici, ma anche limiti fisici che non mi dilungherò a descrivere.
E' sottinteso che la velocità della luce, non solo non si può superare, ma nemmeno raggiungere.
3) Teoria dell'evoluzione delle specie
Un'altra teoria tanto nota quanto misconosciuta: la teoria dell'evoluzione delle specie viventi. Trae il suo nome dal trattato "L'origine delle specie" di Charles Darwin, pubblicato il 24 novembre del 1859.
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| Un ritratto di Charles Darwin della fine degli anni '30 del 1800. |
La credenza, in gran parte di origine religiosa, che le specie viventi, compreso l'uomo, fossero state create contemporaneamente, fu superata da questa teoria. Essa rappresenta un tentativo di spiegare l'esistenza di una grande varietà di forme viventi con una teoria che avesse una valenza scientifica.
La prima formulazione di Darwin e le successive modifiche costituiscono un argomento molto vasto, ma a noi interessa solo vedere i punti chiave.
Cosa significa evoluzione delle specie?
Significa che nel corso del tempo le specie viventi hanno subito delle variazioni. Lo dimostrano i ritrovamenti fossili, che ci hanno mostrato che in epoche remote esistevano animali, piante e insetti che oggi non esistono più. Uno degli esempi più eclatanti è quello dei dinosauri. La maggior parte degli esseri viventi attualmente esistenti invece non erano presenti in epoche remote.
Se si va indietro nel tempo si scopre che all'inizio la vita sulla Terra era unicellulare, poi si sono sviluppati i primi esseri formati da molte cellule. In queste epoche la vita dipendeva dal mare e non c'era nulla nelle terre emerse. La conquista della terra era appena cominciata. Le prime creature che poterono mettere piede sulla terraferma furono gli anfibi, poi i rettili, i dinosauri, le piante, gli insetti e infine un elenco interminabile di altre forme viventi.
Si potrebbe dire che le specie viventi nel corso di 3 miliardi di anni si siano modificate partendo da forme semplici e unicellulari alle forme complesse e super specializzate come quelle attuali.
Nel frattempo molte specie sono comparse, hanno trascorso la loro più o meno lunga esistenza e sono scomparse, estinte, sostituite da altre che hanno perpetrato la vita su questo pianeta.
La domanda è questa: le specie si evolvono l'una dall'alta oppure nascono e scompaiono senza alcuna correlazione reciproca?
Le prove scientifiche mostrano che la prima ipotesi è quella giusta. Ma se le specie si evolvono l'una dall'altra, e quindi in un certo senso sono tutte un po' imparentate tra loro, come avviene questa evoluzione?
Avviene secondo due meccanismi:
1) La selezione naturale
2) Deriva genetica
La selezione naturale è un meccanismo che favorisce le specie più adatte all'ambiente in cui vivono.
La deriva genetica invece è una variazione, puramente casuale, dei geni della specie che possono subire così dei cambiamenti che le possono favorire o sfavorire nell'ambiente in cui vivono.
La combinazione di questi due meccanismi, ha prodotto, con il passare delle ere, tutta la immensa varietà di specie viventi che conosciamo.
Una variazione genetica casuale può favorire alcuni individui di una specie nella sopravvivenza. Questi individui trasmetteranno questa variazione ai loro discendenti. Con il passare del tempo tutti gli individui con questa caratteristica sopravviveranno, gli altri lentamente (o anche rapidamente) si estingueranno.
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Eccellente sintesi! Complimenti:). Mi consenti di riproporre l'articolo per intero su Scientificando per scopi didattici? Ovviamente con la tua firma e con il link a questo articolo.
RispondiEliminaIl tuo post rientra tra gli argomenti di studio di terza media e mi tornerebbe molto utile.
A presto.
annarita:)
Certo che puoi :-) Per me è un piacere poter contribuire alla didattica.
RispondiEliminaTi ringrazio. Posterò l'articolo in settimana.
RispondiEliminaA presto.
annarita:)
Aggiungerei il teorema di incompletezza di Goedel e l'indeterminatezza introdotta da teorema di Shroedinger.
RispondiEliminaIl primo ci ha fatto capire che non esistono solo affermazioni vere o false ma esistono sempre infinite affermazioni indimostrabili.
Mentre il secondo, con il paradosso del gatto, ci dice che esistono fenomeni fisici per cui misurare una quantità significa accettare l'indeterminatezza di un'altra.
Insomma, il mondo non è deterministico. Almeno, non sempre.
Grazie Marco per il contributo. Penso che scriverò un articolo anche per queste due idee rivoluzionarie che hai citato. Il primo è un teorema di logica matematica, l'altra invece è una legge fisica. Vanno trattate a parte, anche perché sono un po' più complesse da spiegare.
RispondiEliminaGiuseppe, sono d'accordo sull'opportunità che il teorema di Goedel e l'equazione di shroedinger siano considerati a parte sia per la complessità di trattazione sia perché non li considererei delle teorie scientifiche in se stesse. Come hai ben precisato, il primo e il secondo teorema di Goedel riguardano una teoria matematica, solitamente assiomatica e quindi diversa da una teoria fisica.
RispondiEliminaL'equazione di Shroedinger rappresenta una delle più importanti conquiste della fisica ed in particolare della meccanica quantistica. Quest'ultima, risalente alla metà degli anni venti, ha preso due direzioni principali: una, battuta da Heisenberg, Bohr, Jordan, che si basa sull'approccio matriciale, l'altra, sviluppata soprattutto da de Broglie e Schroedinger, si basa sull'approccio ondulatorio.
In questa seconda visione si rappresentano le particelle attraverso le così dette funzioni d'onda...
Non mi risulta esista un teorema di Shroedinger..., ma posso sbagliarmi.
Non so se sono riuscita a rendere con chiarezza il mio pensiero.
In definitiva voglio asserire che una teoria intesa in senso matematico è diversa da una teoria intesa in senso fisico, e più in generale nell'ambito delle diverse Scienze.
Il tuo articolo si riferisce alla seconda tipologia e quindi va bene non inserire il teorema di Goedel.
Per quanto riguarda l'equazione di Shroedinger, direi che una teoria (scientifica) è differente da una legge fisica nel senso che la prima è un modello della realtà, mentre la seconda è una descrizione di ciò che si osserva.
A presto. Annarita:)
Sì, in effetti mi sono espresso male. Nel mio precedente commento mi riferivo alla teoria quantistica e non ad una legge fisica ben precisa. Su quest'ultima teoria, in effetti, si potrebbe scrivere un articolo separato, visto che la spiegazione sarebbe abbastanza impegnativa :-)
RispondiEliminaTuttavia non potrei considerarla una teoria che ha avuto una sufficiente penetrazione nella cultura "quotidiana" tale da cambiare la "visione del mondo". Ha cambiato la prospettiva degli scienziati, è ovvio, ma resta ancora materia per "addetti ai lavori".
Tuttavia non potrei considerarla una teoria che ha avuto una sufficiente penetrazione nella cultura "quotidiana" tale da cambiare la "visione del mondo". Ha cambiato la prospettiva degli scienziati, è ovvio, ma resta ancora materia per "addetti ai lavori.
RispondiEliminaSono d'accordo.
Ciao, giuseppe. Ho pubblicato il post con il tuo articolo
RispondiEliminaGrazie e a presto!
annarita:)
Il paradosso dei gemelli non consiste in ciò che hai scritto!
RispondiEliminaIl paradosso dei gemelli è il fatto che (secondo le prime interpretazioni della relatività) quando i due gemelli si incontrano dopo il viaggio ENTRAMBI dovrebbero essere più giovani del gemello che hanno davanti, questo è un paradosso!
Questo risultato è dovuto al fatto che nella relatività se un gemello si allontana dall'altro sulla nave e si considera l'altro fermo sulla terra si può però anche considerare la nave ferma e la terra in movimento!
A questo punto la logica ci dice che sia il gemello a che il gemello b dovrebbero avere un'età inferiore all'altro, in simboli:
B<A ^ A<B
^ significa che lo sono contemporaneamente ma questo va contro la logica.
Nell'altra formulazione non c'è proprio nessun paradosso.
Va ricordato che seguito questo paradosso è stato smontato.
Ringrazio threep per la preziosa precisazione. In effetti anche cercando su Wikipedia si legge:
RispondiElimina"* Nel sistema di riferimento della Terra, l'astronave percorre 8 anni luce in 10 anni nel viaggio di andata, e ne impiega altrettanti nel viaggio di ritorno: essa quindi ritorna sulla Terra nel 3020. Sull'astronave, però, il tempo scorre al 60% del tempo della Terra, quindi secondo l'orologio dell'astronauta il viaggio dura 6 anni per l'andata e altrettanti per il ritorno: all'arrivo, quindi, il calendario dell'astronave segna l'anno 3012. Il fratello rimasto sulla Terra è perciò, dopo il viaggio, di otto anni più vecchio del suo gemello.
* Nel sistema di riferimento dell'astronave, per effetto della contrazione relativistica delle lunghezze, la distanza fra la Terra e Wolf 359 si accorcia al 60%, cioè a 4.8 anni luce: alla velocità di 0.8 c, si impiegano quindi, secondo l'orologio dell'astronave, 6 anni per l'andata e 6 per il ritorno, coerentemente con quanto calcolato nel sistema di riferimento della Terra. Ma, poiché in questo sistema di riferimento è la Terra a muoversi, è il suo orologio che va al 60% del tempo dell'astronave: quando l'astronave fa ritorno, sulla Terra sono trascorsi solo 7.2 anni, perciò non è l'anno 3020, ma il 3007, ed è il fratello a bordo dell'astronave ad essere di 4.8 anni più vecchio."
Quella che ho scritto io non è il paradosso, ma piuttosto la "soluzione" del paradosso.