Isaac Newton - Lo spazio e il tempo assoluti
1) Introduzione
2) Lettura
3) Guida alla lettura
4) Guida alla Comprensione
Introduzione
Nel 1687, fu rilasciato un testo fondamentale in latino che avrebbe segnato un punto di svolta nel mondo della scienza: i Principi Matematici della Filosofia Naturale. Quest'opera, in seguito ampliata nel 1713, introduceva una serie di concetti fondamentali della meccanica razionale, come massa, quantità di moto, inerzia e forze.
Tuttavia, ciò che più colpisce è il discorso di Newton sui concetti di spazio e tempo assoluti, non relativi. Queste idee hanno suscitato intense discussioni poiché sembravano sfidare le stesse regole metodologiche stabilite dallo stesso Newton. Il concetto di spazio e tempo assoluti, essendo empiricamente incontrollabile, ha messo in discussione le fondamenta stesse del metodo scientifico newtoniano.
Lettura
Fin qui è stato indicato in quale senso siano da intendere, nel seguito, parole non comunemente note. Non definisco, invece, tempo, spazio, luogo e moto, in quanto notissimi a tutti. Va notato tuttavia, come comunemente non si concepiscano queste quantità che in relazione a cose sensibili. Di qui nascono i vari pregiudizi, per eliminare i quali conviene distinguere le medesime quantità in assolute e relative, vere e apparenti, matematiche e volgari.
I. Il tempo assoluto, vero, matematico, in sé e per sua natura senza relazione ad alcunché di esterno, scorre uniformemente, e con altro nome è chiamato durata; quello relativo, apparente e volgare, è una misura (esatta o inesatta) sensibile ed esterna della durata per mezzo del moto, che comunemente viene impiegata al posto del vero tempo: tali sono l'ora, il giorno, il mese, l'anno.
II. Lo spazio assoluto, per sua natura senza relazione ad alcunché di esterno, rimane sempre uguale e immobile; lo spazio relativo è una dimensione mobile o misura dello spazio assoluto, che i nostri sensi definiscono in relazione alla sua posizione rispetto ai corpi, ed è comunemente preso al posto dello spazio immobile; così la dimensione di uno spazio sotterraneo o aereo o celeste viene determinata dalla sua posizione rispetto alla Terra. Lo spazio assoluto e lo spazio relativo sono identici per grandezza e specie, ma non sempre permangono identici quanto al numero. Infatti se la Terra, per esempio, si muove, lo spazio che contiene la nostra aria, e che, relativamente alla Terra, rimane sempre identico, ora sarà una data parte dello spazio assoluto attraverso cui l'aria passa, ora un'altra parte di esso; e così, senza dubbio, muterà incessantemente.
III. Il luogo è la parte dello spazio occupata dal corpo, e, a seconda dello spazio, può essere assoluto o relativo. Dico parte dello spazio, non posizione del corpo o superficie che lo circonda. Infatti i luoghi di solidi eguali sono sempre eguali; invece le superfici, a causa della dissomiglianza delle figure, sono molto spesso ineguali; le posizioni, a rigore, non hanno quantità, e non sono tanto luoghi quanto proprietà dei luoghi. Il movimento dell'insieme è identico alla somma del movimento delle parti, ossia, la traslazione del tutto dal proprio luogo è identica alla somma della traslazione delle parti dai propri luoghi; quindi il luogo dell'intero è identico alla somma dei luoghi parziali e pertanto è interno ed in tutto il corpo.
IV. Il moto assoluto è la traslazione di un corpo da un luogo assoluto in un luogo assoluto, il relativo da un luogo relativo in un luogo relativo. Così in una nave spinta dalle vele, il luogo relativo di un corpo è quella parte della nave in cui il corpo giace, ossia quella parte dell'intera cavità che il corpo riempie e che dunque si muove insieme alla nave: e la quiete relativa è la permanenza del corpo in quella medesima parte della nave o parte della cavità. Ma la quiete vera è la permanenza del corpo nella medesima parte di quello spazio immobile nella quale la stessa nave si muove insieme alla propria cavità e all'intero suo contenuto. Di conseguenza, se la Terra è realmente in quiete, il corpo che era in quiete relativa sulla nave, si muoverà di moto reale ed assoluto con la stessa velocità con la quale la nave si muove sulla Terra.
Se invece si muove anche la Terra, il moto vero ed assoluto del corpo nascerà in parte dal moto vero della Terra nello spazio immobile, in parte dal movimento relativo della nave sulla Terra: e se anche il corpo si muove di moto relativo sulla nave, il suo moto vero nascerà in parte dal moto vero della Terra nello spazio immobile, in parte dai moti relativi sia della nave sulla Terra, sia del corpo sulla nave; da questi movimenti relativi nascerà il movimento relativo del corpo sulla Terra. Se quella parte della Terra, che la nave occupa, si muove verso oriente con una velocità di 10 010 parti, e la nave viene trasportata dalle vele e dal vento verso occidente con una velocità di dieci parti; se, inoltre, un marinaio si muove verso oriente, sulla nave, con una velocità pari ad una parte: allora il marinaio si muoverà di moto vero e assoluto nello spazio immobile, verso oriente, con 10 010 parti di velocità, e sulla Terra si muoverà di moto relativo, verso occidente, con nove parti di velocità. [...]
Le cause, per le quali i moti veri sono distinti da quelli relativi e viceversa, sono le forze impresse sui corpi al fine di generare il movimento. Il moto vero non può essere generato né modificato se non per effetto di forze impresse sullo stesso corpo in movimento: ma il moto relativo può essere generato e modificato senza forze impresse su questo corpo. Basta, infatti, che la forza venga impressa sugli altri corpi, rispetto ai quali è istituita la relazione di questo primo corpo, perché col loro ritirarsi, venga modificata la relazione nella quale consiste la quiete o il moto relativo di quest'altro corpo. Ancora, il vero moto viene continuamente mutato da forze impresse sul corpo in movimento; ma il moto relativo non viene mutato necessariamente da queste forze. Infatti, se le medesime forze fossero impresse anche su quegli altri corpi, con i quali la relazione è istituita, in maniera tale che venisse conservata la posizione relativa, allora verrebbe conservato anche il rapporto in cui consiste il moto relativo. Pertanto ogni moto relativo può essere mutato, mentre il vero è conservato, e può essere conservato mentre il vero è mutato; per la qual cosa il moto vero non consiste minimamente in relazioni di questo tipo.
Guida alla lettura
1) Ricava dal testo i riferimenti normalmente usati per definire tempo e spazio (movimenti del cielo e posizione della Terra) e spiega perché in questa accezione tempo e spazio devono considerarsi relativi.
Secondo Newton, i riferimenti normalmente usati per definire tempo e spazio includono i movimenti del cielo e la posizione della Terra. In questa accezione, tempo e spazio devono considerarsi relativi perché sono misurati in relazione a cose sensibili e sono influenzati dal moto.
Nel testo, Newton spiega che il tempo e lo spazio relativi sono misurati in relazione ai movimenti della Terra e alla sua posizione rispetto ad altri corpi celesti. Ad esempio, il tempo relativo viene misurato attraverso il moto, come l'ora, il giorno, il mese e l'anno, che sono influenzati dal moto della Terra intorno al Sole. Allo stesso modo, lo spazio relativo viene definito in relazione alla posizione della Terra rispetto ad altri corpi celesti, come nel caso della determinazione della dimensione di uno spazio sotterraneo, aereo o celeste in base alla sua posizione rispetto alla Terra.
Poiché questi concetti di tempo e spazio sono legati ai movimenti della Terra e ad altri corpi celesti, devono essere considerati relativi poiché dipendono dalla posizione e dal moto dell'osservatore. Questo concetto di relatività è importante perché sottolinea che le misurazioni di tempo e spazio dipendono dal riferimento dell'osservatore e possono variare in base al contesto di osservazione.
2) Distingui da essi il tempo e lo spazio assoluti, facendo riferimento ai concetti di durata e di luogo come contenitori omogenei.
Newton distingue il tempo e lo spazio assoluti dai loro corrispettivi relativi. Il tempo assoluto, definito come vero e matematico, scorre uniformemente in sé e per sua natura, senza essere influenzato da nulla di esterno. Viene anche chiamato durata. D'altra parte, il tempo relativo è una misura sensibile ed esterna della durata, che dipende dal moto e viene comunemente usato al posto del vero tempo, come nel caso dell'ora, del giorno, del mese e dell'anno.
Analogamente, lo spazio assoluto è immutabile e senza relazione ad alcunché di esterno, mentre lo spazio relativo è definito in relazione alla sua posizione rispetto ai corpi. Sebbene gli spazi assoluti e relativi siano identici per grandezza e specie, possono differire per numero a causa del movimento dei corpi.
3) Richiama alla mente i collegamenti tra moto, spazio e tempo.
Isaac Newton, nei "Principi matematici della filosofia naturale", collega intimamente il concetto di moto con quello di spazio e tempo. Ecco alcuni punti chiave:
Moto Assoluto e Relativo: Newton distingue tra moto assoluto e relativo. Il moto assoluto è la traslazione di un corpo da un luogo assoluto a un altro, mentre il moto relativo è la traslazione di un corpo da un luogo relativo a un altro, in relazione ad altri corpi.
Spazio Assoluto e Relativo: Newton definisce lo spazio assoluto come senza relazione ad alcunché di esterno, mentre lo spazio relativo è definito in relazione alla sua posizione rispetto ai corpi. Anche se identici in grandezza e specie, possono variare nel numero a seconda del moto dei corpi.
Tempo Assoluto e Relativo: Newton distingue tra tempo assoluto, che scorre uniformemente senza relazione ad alcunché di esterno, e tempo relativo, che è una misura sensibile ed esterna della durata per mezzo del moto.
Guida alla Comprensione
1) Quali analogie è possibile notare tra l'analisi newtoniana del tempo e quella dello spazio?
Newton stabilisce analogie significative tra l'analisi del tempo e dello spazio nella sua trattazione:
Assolutezza e relatività: Newton considera sia il tempo che lo spazio nella loro forma assoluta e relativa. Il tempo assoluto scorre uniformemente, indipendentemente da eventi esterni, mentre il tempo relativo è misurato in base ai fenomeni sensibili. Lo stesso concetto si applica allo spazio.
Immobilismo e mobilità: Newton afferma che lo spazio assoluto è immobile e rimane costante nel tempo, mentre lo spazio relativo è soggetto a cambiamenti dovuti al movimento degli oggetti. Questa distinzione è simile alla concezione del tempo, dove il tempo assoluto scorre uniformemente senza essere influenzato da eventi esterni, mentre il tempo relativo è misurato rispetto ai fenomeni sensibili e può variare.
Relazione tra assoluto e relativo: Newton sottolinea che lo spazio assoluto e relativo sono identici per grandezza e specie ma differiscono per numero in relazione al movimento degli oggetti. Questa relazione è parallela alla distinzione tra tempo assoluto e relativo, che possono differire a causa del movimento relativo degli osservatori.
In sintesi, le analogie tra l'analisi newtoniana del tempo e dello spazio evidenziano una visione unitaria dell'universo, dove entrambi i concetti sono considerati in termini di assolutezza e relatività, immobilità e mobilità, e relazione reciproca.
2) Spiega il concetto di moto in relazione al luogo.
Il concetto di moto in relazione al luogo, come descritto da Newton nel testo, è legato alla traslazione di un corpo da un luogo assoluto a un altro luogo assoluto, o da un luogo relativo a un altro luogo relativo. Il moto assoluto si riferisce al movimento di un corpo rispetto a luoghi assoluti, mentre il moto relativo riguarda il movimento di un corpo rispetto a luoghi relativi.
Newton fornisce esempi per chiarire questa distinzione. Ad esempio, se consideriamo una nave spinta dalle vele, il luogo relativo di un corpo sulla nave è la parte della nave in cui il corpo si trova, che si muove insieme alla nave stessa. La quiete relativa è quando il corpo rimane nella stessa parte della nave. Tuttavia, la vera quiete è quando il corpo rimane nella stessa parte dello spazio immobile, mentre la nave si muove insieme al suo contenuto.
In sintesi, il moto in relazione al luogo può essere considerato come il cambiamento della posizione di un corpo rispetto a un determinato riferimento spaziale, che può essere assoluto o relativo a un altro corpo o sistema di riferimento
3) Che differenza c'è nel misurare il moto di un corpo se consideriamo lo spazio relativo o quello assoluto?
Secondo il testo, la differenza principale tra misurare il moto di un corpo considerando lo spazio relativo o quello assoluto riguarda la natura stessa del moto.
Nello spazio assoluto, il moto di un corpo è definito come la traslazione da un luogo assoluto a un altro luogo assoluto. In altre parole, il corpo si muove rispetto a uno spazio immobile e le sue variazioni di posizione sono misurate in relazione a questo spazio immobile.
D'altra parte, nello spazio relativo, il moto di un corpo è misurato rispetto a un luogo relativo, che è una dimensione mobile o misura dello spazio assoluto. Questo significa che il moto è considerato in relazione alla posizione del corpo rispetto ad altri corpi in movimento o inerziali. La velocità e la direzione del moto di un corpo sono quindi influenzate dalla posizione e dal moto degli altri corpi rispetto ai quali viene considerato il moto relativo.
In breve, misurare il moto di un corpo nello spazio assoluto implica considerare il suo movimento rispetto a uno spazio immobile, mentre misurare il moto nello spazio relativo significa considerare il suo movimento rispetto ad altri corpi o sistemi di riferimento in movimento o inerziali.
4) Spiega la connessione tra moto vero e forza (partendo dalla non necessaria connessione nel caso del moto relativo).
Newton spiega che il moto vero di un corpo è strettamente connesso alla forza impressa su di esso. Nel testo, egli afferma che il moto vero non può essere generato né modificato se non per effetto di forze impresse sullo stesso corpo in movimento. Questo significa che il moto vero di un corpo è determinato dalle forze che agiscono su di esso. Tuttavia, Newton distingue questa connessione tra moto vero e forza da quella del moto relativo.
Nel caso del moto relativo, Newton spiega che questo può essere generato e modificato senza che vi siano forze impresse direttamente su quel corpo. Ciò è possibile se le forze agiscono anche su altri corpi con cui il corpo in questione è in relazione, in modo tale che venga conservata la posizione relativa. Se le forze sono tali da conservare la posizione relativa tra i corpi, allora il rapporto in cui consiste il moto relativo rimane invariato.
In sintesi, mentre il moto vero di un corpo è strettamente correlato alle forze che agiscono direttamente su di esso, il moto relativo può essere generato o modificato senza che vi siano forze dirette sul corpo stesso ma su altri corpi con cui è in relazione.
5) Perché è importante per Newton mantenere come punti di riferimento reali il tempo e lo spazio assoluti?
Newton sostiene l'importanza di mantenere il tempo e lo spazio come punti di riferimento assoluti perché ciò fornisce una base stabile e universale per comprendere il movimento e i fenomeni naturali. Secondo il testo, il tempo assoluto scorre uniformemente e lo spazio assoluto rimane sempre uguale e immobile. Questi concetti forniscono una cornice stabile e oggettiva attraverso cui valutare il movimento dei corpi e le forze che agiscono su di essi. Mantenendo il tempo e lo spazio come punti di riferimento assoluti, Newton cerca di stabilire un fondamento solido per la sua meccanica razionale, permettendo una descrizione accurata e universale dei fenomeni fisici.
Fonti: Zanichetti, libri scolastici superiori