Prendete un secchio e riempitelo d’acqua per \({3 \over 4}\) del suo volume. Procuratevi una corda e legate il secchio da un’estremità e dall’altra legate il tutto ad un ramo di un albero o al soffitto della vostra stanza, facendo in modo che il secchio sia sospeso per aria. Ora iniziate a ruotare più volte il secchio sul proprio asse facendo torcere la corda fino alla massima torsione possibile, tenete stretto il secchio mentre ruotate per non farvelo sfuggire… Poi lasciate.
Il secchio inizierà a ruotare per la torsione accumulatasi nella corda e nel frattempo anche l’acqua inizierà a ruotare vorticosamente creando una sorta di valle a paraboloide. Ora meditate sulla cosa…
il vostro secchio è diventato ora un “Secchio di Newton” e questa cosa apparentemente banale nasconde delle idee profonde sullo spazio. Per Newton questa idea era la sua arma segreta quando gli mostravano i fatti che la sua idea di spazio assoluto non esisteva – era il suo rifugio.
Da questa piccola esperienza possiamo trarre delle conclusioni mozzafiato, di come ciò che osserviamo, a volte può nascondere molte insidie interessanti, il mondo in cui viviamo non è semplice, la realtà non è come ci appare…
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Nel giardino di Newton
Secondo Newton il nostro universo, compresa tutta la materia, noi, le piante, il nostro gatto, gli oggetti… viviamo in un enorme contenitore “lo spazio” il quale rappresenta una sorta di punto di vista “primario” o “di Dio”. In questo contenitore il tempo è scandito da un enorme orologio assoluto che ticchetta per tutti allo stesso modo.
Quando osserviamo un fenomeno fisico, noi siamo degli osservatori esterni e misuriamo l’azione di forze che modellano interazioni tra corpi che si muovono in questo spazio. Un corpo in movimento sarà quindi in moto assoluto rispetto al sistema “primario” e se due corpi in moto viaggiano a velocità relative entrambi avranno velocità rispetto al sistema “primario”.
Ma cosa accadrebbe se fossimo in grado di togliere tutta la materia possibile? Cosa resterebbe? Il vuoto! O meglio, secondo Newton rimarrebbe il contenitore stesso, vuoto, senza nulla all’interno!
Ma quindi qualcosa c’è! Il contenitore…
Come può esserci qualcosa? Tutto ciò che esiste deve far parte dell’universo, che cos’è questo contenitore?
Moti relativi o assoluti
Newton sapeva che la sua visione di spazio assoluto era traballante e quando era in pericolo, sfilava dal “cappello magico” il suo secchio d’acqua:
“Se guardate attentamente l’acqua ruotare noterete che la sua velocità di rotazione in un primo momento differisce da quella del secchio, ma poi le velocità sono identiche… questo significa che l’acqua ruota rispetto ad un riferimento assoluto… “
Riassumendo, ci sono due momenti chiave:
- Riposo Relativo (Quando il secchio e l’acqua sono fermi a riposo).
- Moto Relativo (Dopo che gli effetti di attrito hanno comunicato il moto all’acqua e la sua forma concava è in moto con il secchio alla stessa velocità).
Secondo Newton è proprio questa differenza a mostrare l’esistenza di un moto assoluto
Il Principio di Mach
Einstein ha capovolto i giochi mettendo tutto in discussione. Con la sua Relatività ci ha mostrato come non solo non esistono riferimenti assoluti e tempi assoluti, ma che noi stessi siamo parte dei fenomeni (siamo nella mischia) e la gravità è proprio la trama dello spaziotempo a 4 dimensioni!
Einstein amava leggere gli scritti dei filosofi e tra questi c’era Ernst Mach noto per il suo “ultra empirismo”. Mach aveva letto attentamente gli scritti di Newton e contestava il suo trucco del secchio.
Non ha senso dire che ad esempio, io mi sposto rispetto alla banchina della stazione, perché non è la banchina a spostarsi rispetto a me in direzione opposta?
L’inerzia di ogni sistema è il risultato dell’interazione del sistema stesso con il resto dell’universo.
Ritornando all’esperimento, dopo averlo lasciato, il secchio comincia a ruotare su se stesso, inizialmente vediamo l’acqua rimanere ferma, ma poi inizia a ruotare anch’essa e la sua superficie diventa concava – il moto rotazionale sembrerebbe esercitare una forza centrifuga che spinge l’acqua lungo le pareti.
Ricordiamo che se tutti i moti sono relativi non esistono misure che possano stabilire chi o che cosa si muove: In sostanza la radice del problema è che non è possibile distinguere tra la situazione in cui il secchio ruota rispetto al resto dell’universo e quella in cui è l’universo a ruotare rispetto al secchio fermo!
Se il secchio di Newton è fermo e il resto dell’universo gli gira intorno qual è la causa della forza centrifuga che spinge l’acqua contro le pareti?
Ecco la risposta:
Reggetevi perché è profonda… L’acqua si muove perché l’universo nel suo insieme trascina con se lo spaziotempo nella sua rotazione!
