Percy Williams Bridgman - Le definizioni operative in relatività ristretta
1) Introduzione
2) Lettura
3) Guida alla lettura
4) Guida alla Comprensione
Introduzione
Nel 1949 è stato pubblicato il volume su Albert Einstein, nell'ambito della prestigiosa Library of Living Philosophers, ideata e curata da P.A. Schilpp a partire dal 1939. Ogni volume della serie presenta un grande pensatore attraverso un'autobiografia intellettuale, seguita da una serie di analisi critiche delle sue principali teorie da parte di studiosi di rilievo. Il volume su Einstein include ventiquattro contributi, tra cui quelli di Percy W. Bridgman, Niels Bohr, Hans Reichenbach, Kurt Gödel e Gaston Bachelard. Bridgman, in particolare, offre un'interpretazione innovativa delle fondamentali grandezze fisiche della relatività ristretta, basata su un approccio operazionale.
Lettura
Esaminiamo ciò che fece Einstein nella teoria particolare. In primo luogo, egli riconobbe che il significato di un termine dev'essere cercato nelle operazioni che si compiono quando si applica quel termine. Se il termine è tale da potersi applicare a situazioni fisiche concrete, come il termine di «lunghezza» o di «simultaneità», allora il significato deve essere cercato nelle operazioni con le quali si determina la lunghezza di oggetti fisici concreti, o nelle operazioni con le quali si stabilisce se due eventi fisici concreti sono o non sono simultanei.
Questi concetti sono espressi chiaramente dal seguente passo di Einstein, relativo alla discussione sulla simultaneità di due segnali luminosi: «il concetto non esiste per il fisico, finché non gli sia possibile scoprire se esso sia o non sia soddisfatto in un caso reale. Ci è necessaria, quindi, una definizione di simultaneità capace di fornirci i mezzi con i quali, nel caso concreto, si possa decidere mediante l'esperienza se entrambi i segnali luminosi avvengono simultaneamente. Finché questa condizione non è soddisfatta, io mi lascio ingannare, come fisico (e lo stesso vale anche se non sono un fisico), se ritengo di poter attribuire un significato alla nozione di simultaneità».
Dobbiamo chiederci se questo criterio di significato sia molto rivoluzionario di per sé. È facile immaginare che anche Newton sarebbe stato d'accordo, se gli avessero chiesto il suo parere. Ma prima di Einstein nessuno aveva considerato la questione con molta attenzione; e probabilmente soltanto di rado, e forse inconsciamente, essa era stata formulata o applicata come criterio. Il contributo rivoluzionario di Einstein consiste nell'uso cosciente di questo criterio in situazioni nuove, e nel modo in cui è stato applicato. Einstein eseguì un'analisi delle operazioni fisiche che si usano per misurare le lunghezze e i tempi, più particolareggiata di quanto non fosse mai stato fatto prima.
Per far questo, scoprì certi particolari necessari [...]. Per esempio, l'analisi di Einstein portò alla luce il fatto che, per misurare la lunghezza di oggetti in movimento, l'uso degli orologi è altrettanto necessario di quello dei regoli rigidi. Prima della sua analisi non era mai venuto in mente a nessuno che le operazioni per misurare un oggetto in movimento non fossero uguali a quelle per misurare un oggetto in stato di quiete, col significato che si era attribuito un carattere «assoluto» al concetto di lunghezza. Quando poi l'analisi di Einstein portò a pensare che si potessero immaginare procedimenti diversi per misurare la lunghezza di un oggetto in movimento, nessuno dei quali però è inevitabile da un punto di vista logico o anche fisico, divenne possibile ammettere che la lunghezza di un oggetto in movimento può non essere uguale alla sua lunghezza in stato di quiete e che il modo preciso in cui una lunghezza varia con il moto è una funzione della definizione di lunghezza dell'oggetto in movimento. [...]
Einstein ci ha costretto a considerare come questione della massima importanza il fatto che, spingendoci in nuovi campi, è necessario acquistare la più viva consapevolezza possibile di tutti i dettagli delle operazioni che compiamo e delle tacite ipotesi che stanno dietro di esse, e prevedere che qualcuno dei fattori trascurati in precedenza possa essere la chiave della nuova situazione.
Guida alla lettura
1) Come vengono definite da Einstein le grandezze fisiche, secondo Bridgman?
Secondo Bridgman, Einstein definisce le grandezze fisiche in termini operazionali. Questo significa che il significato di un termine fisico deve essere cercato nelle operazioni concrete con cui si misurano o si verificano le condizioni fisiche. Ad esempio, per la lunghezza di oggetti in movimento, non si può più considerare una definizione "assoluta" o indipendente dal contesto, ma dipende dalle operazioni specifiche utilizzate per misurare la lunghezza in movimento rispetto alla lunghezza in stato di quiete. Questo approccio operazionale di Einstein ha implicazioni profonde sulla percezione delle grandezze fisiche e sulla loro comprensione nel contesto della relatività ristretta.
2) In cosa consiste il contributo rivoluzionario di Einstein?
Il contributo rivoluzionario di Einstein consiste nell'uso cosciente del criterio operativo per definire e comprendere concetti fisici fondamentali, come la simultaneità e la lunghezza degli oggetti in movimento. Prima di Einstein, non era stato considerato con attenzione che le operazioni per misurare fenomeni fisici potessero variare a seconda del contesto in cui si verificano. Egli ha introdotto l'idea che il significato di un concetto fisico deve essere ricavato dalle operazioni concrete necessarie per misurarlo, aprendo così la strada a una nuova comprensione della relatività ristretta e alla natura relativa delle grandezze fisiche.
Guida alla Comprensione
1) Spiega perché la lunghezza di un oggetto in movimento può essere diversa dalla misura di quello stesso oggetto in stato di quiete.
Secondo il testo, Einstein ha evidenziato che la lunghezza di un oggetto in movimento può essere diversa dalla misura di quell'oggetto in stato di quiete a causa delle seguenti ragioni:
Relatività della simultaneità: Einstein ha introdotto il concetto che gli eventi simultanei in un sistema di riferimento non lo sono necessariamente in un altro sistema di riferimento in movimento rispetto al primo. Questo significa che i tempi e le posizioni relative degli eventi possono variare tra diversi sistemi di riferimento in movimento.
Contrazione delle lunghezze: Secondo la teoria della relatività ristretta, un oggetto in movimento rispetto a un osservatore appare contratto nella direzione del suo moto rispetto alla lunghezza che ha quando è in stato di quiete rispetto allo stesso osservatore. Questo effetto è noto come contrazione delle lunghezze e dipende dalla velocità relativa tra l'osservatore e l'oggetto in movimento.
Operazionalità delle misure: Einstein ha sottolineato l'importanza di considerare le operazioni concrete necessarie per misurare le grandezze fisiche. Misurare la lunghezza di un oggetto in movimento richiede l'uso di orologi e il coordinamento degli eventi, oltre alla semplice misura statica che si applica agli oggetti in stato di quiete.
Quindi, secondo Einstein, la diversità nelle misurazioni della lunghezza di un oggetto tra stato di quiete e movimento è dovuta alla relatività della simultaneità, alla contrazione delle lunghezze e alla natura operativa delle misure fisiche.
2) Spiega quali precauzioni metodologiche deve assumere uno scienziato quando affronta un nuovo campo di ricerca.
Secondo il testo, Einstein suggerisce che uno scienziato che si avventura in nuovi campi di ricerca deve assumere precauzioni metodologiche rigorose. È fondamentale acquisire una profonda consapevolezza di tutte le operazioni compiute e delle ipotesi implicite che le sostengono. In particolare, l'analisi di Einstein ha mostrato che bisogna considerare attentamente le modalità con cui si misurano le grandezze fisiche, come la lunghezza, specialmente in situazioni non stazionarie come il movimento. Questo approccio implica che ogni aspetto delle operazioni di misura e le ipotesi implicitamente accettate devono essere esaminate con attenzione critica, poiché anche i dettagli trascurati potrebbero rivelarsi cruciali per comprendere completamente la nuova situazione.
Fonti: Zanichetti, libri scolastici superiori